阻垢缓蚀剂配方分析
发布时间:2012/8/20 20:22:54 来源：周工 字体: 
禾川化工专业阻垢缓蚀剂配方分析，禾川化工为阻垢缓蚀企业提供一站式整套方案
导读：阻垢缓蚀剂是常用的水处理剂之一．苏州禾川化工专业从事阻垢阻蚀剂配方分析，配方开发，组成检测．本文中所提供的配方经过修改．如需要了解更多可以咨询我们的技术人员．
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一.背景
随着工业化生产的迅速发展，水资源短缺和水质污染日益严重，已成为世界性的社会危机，节能降耗已成为我国经济发展工作中的重中之重。近年来，我国南方和东北地区以低硬度水作为循环冷却水系统补充水源的企业明显增多。但是，以低硬度水作为补充水的循环冷却水系统存在腐蚀较严重的问题。低硬度循环冷却水的水质稳定处理一直是冷却水处理中的一个难题。提高循环冷却水的浓缩倍数已成为节约冷却用水的又一项十分重要的手段。但随着浓缩倍数的提高，水中离子浓度增加，同样又导致结垢和设备腐蚀等问题。
我国水处理阻垢剂的研究开发于20世纪70年代（国外于30年代开始），经过了近40年的发展，经历了天然聚合物阻垢剂、含磷聚合物阻垢剂等。由于天然聚合物药剂用量大，费用高；含磷类阻垢剂不能有效地抑制磷酸钙和锌垢以及解决氧化铁沉淀问题，且本身易形成有机磷酸垢，特别是随着人们对环保的加强，考虑到磷的污染性，环保部门已对磷的使用有了限制，而钼系处理的方案又存在成本太高的问题，在生产中很难应用。所以开发低磷或无磷的新型绿色阻垢剂已成为国内外水处理剂方面研究的重点。
2.阻垢缓蚀剂
2.1 阻垢缓蚀剂的定义
阻垢剂（scale inhibitor）：是指具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能，并维持金属设备有良好的传热效果的一类药剂。冷换设备防腐阻垢剂以环氧树脂和特定氨基树脂为基料，加入适量的各种防锈、防腐等各种助剂配制而成，为单组分。它具有优异的屏蔽、抗渗、防锈性能、良好的阻垢、导热性，优良的耐弱酸、强碱、有机溶剂等性能，它的附着力强，且膜层光亮、柔韧、致密、坚硬。
2.2阻垢缓蚀剂的作用机理
缓蚀阻垢剂的作用机理分为：络和增溶作用、晶格畸变作用、静电斥力作用。
1）螯合增溶作用
络和增溶作用是共聚物溶于水后发生电离，生成带负电性的分子链，能与水中Ca2+、Mg2+等阳离子形成可溶性的络合物或螯合物，阻止与其成垢阴离子(如CO32-、PO43-和SiO32-等)的接触，使得成垢的几率大大下降，提高了冷却水中Ca2+、Mg2+的允许浓度，相对来说就增大了钙、镁盐的溶解度。如：聚磷酸盐水溶液中产生(-P-O-P-O-P-)键，它能与Ca2+形成螯合物。
2）凝聚与分散作用
凝聚与分散作用，也有研究解蚀为晶格畸变作用，由分子中的部分官能团在无机盐晶核或微晶上，占据了一定位置，阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长，减慢了晶体的增长速率，从而减少了盐垢的形成。
分散作用的结果是阻止成垢粒子间的相互接触和凝聚，从而可阻止垢的生长。成垢粒子可以是钙、镁离子，也可以是由千百个CaCO3和MgCO3分子组成的成垢颗粒，还可以是尘埃、泥沙或其他水不溶物。对于聚羧酸盐类聚合物阻垢剂，在水溶液中解离生成的阴离子在与CaCO3微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象，使微晶表面形成双电层。在吸附产物碰到其它聚羧酸盐离子时，会把已吸附的晶体转移过去，出现晶粒的均匀分散现象，从而阻碍晶粒间及晶粒与金属表面间的碰撞，减少溶液中的晶核数，进而将CaCO3稳定在水溶液中。
3）静电斥力作用
静电斥力作用是共聚物溶于水后吸附在无机盐的微晶上，使微粒间斥力增加，阻碍它们的聚结，使它们处于良好的分散状态，从而防止或减少垢物的形成。
2.3阻垢缓蚀剂性能的测试方法
选定地下水或配制水作为实验用水，加入所要评定的阻垢剂，在一定的实验温度下，蒸发浓缩至 1.5 倍，达到 pH 值升高和钙离子及碳酸氢根离子浓度升高的目的，恒温静置10h 后，分析测定澄清液中的钙离子含量，以评定阻垢剂的阻垢性能。
阻垢缓蚀剂的静态浓缩阻垢率按式（2-1）计算：
式中，V0为滴定空白试液试验后所消耗的EDTA 标准溶液的体积，mL；V1为滴定空白试液试验前所消耗的 EDTA 标准溶液的体积，mL；V2为滴定加入水处理剂的试液试验后所消耗的 EDTA 标准溶液的体积，mL；1.5 为浓缩倍数。
2.3.2 缓蚀性能的测试
1）旋转挂片法
旋转挂片腐蚀实验是在实验室给定条件下，用试片的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率来评定水处理剂的缓蚀性能。实验步骤如下。本实验依照 HG/T 2159—91 的旋转挂片失重法测定水处理剂的缓蚀性能。实验仪器采用 ZJ 型浸渍腐蚀实验仪。试片为 A3 碳钢试片（50 mm×25 mm×2 mm），实验水为地下水，实验温度 40℃，旋转速度 75r/min，实验时间 72 h。腐蚀率(mm/a)和缓蚀率分别由式（2-2）与（2-3）计算:
式中，W 为实验后试片的质量，g；W0为实验前试片的质量，g；A 为试片的表面积28 cm2；D 为试片的密度，7.850 g/cm3；T 为试片的实验时间，72 h:
2）极化曲线法
工作电极表面经处理后，放入电解池中，1h后开始测试，以自腐电位(Ecor)为基础，极化位每次递增20 mV，稳定2min后取极化电流值，并在半对数坐标纸上描绘出极化曲线，不同测试条件测试材质相同，极化曲线同在一图可直接进行比较，并且连续测试。
缓蚀率=(F空白-F实验) /F空白×100
3.阻垢缓蚀剂的分类
阻垢缓蚀剂种类繁多，通常是一些结构特别化合物的复配，且要根据金属表面状况、腐蚀介质组成及运行情况等因素进行种类选择。在水处理中常用的阻垢剂有无机聚磷酸盐、有机膦酸、膦羧酸、有机膦酸脂、聚羧酸等。
3.1 无机聚合磷酸盐缓蚀剂
无机聚合磷酸盐应用较多的是三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。该类药剂处理法具有设备简单、运行维护方便、基建投资少、处理费用低的优点，但其稳定处理的极限浓缩倍率较低，一般小于1. 6，而且有利于循环冷却系统中菌、藻类的繁殖。
三聚磷酸钠和六偏磷酸钠在水中生成长链阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，同是这种阴离子易于和CO32-置换，从而防止了碳酸钙的析出。
3.2 有机膦酸类阻垢剂
有机膦酸具有良好的阻垢效果，较聚磷酸盐稳定，即使在较高的温度下也不易水解，而且其运行维护方便、加药设备简单。但有机膦酸的药剂价格较高，单一处理法易造成凝汽器铜管的腐蚀。常用的有ATMP、HEDP、EDTMPS、DTPMPA、PBTCA、BHMT等。对抑制碳酸钙、水合氧化铁或硫酸钙的析出或沉淀有很好的效果。
3.3 有机膦羧酸
膦羧酸有AMPS、EDTMP、PBT-CA等，此系列药剂含磷量低，由于它具有膦酸和羧酸的结构特性，使其具有良好的阻垢和缓蚀性能，优于常用的有机磷酸盐，特别在高温下阻垢性能远优于常用的有机磷酸，能提高锌的溶解度，耐氯的氧化性能好，复配协同 性好，适用于高温、高硬度、高pH、高浓缩倍数的水质条件。其抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差。其毒性低，易水解。
3.4聚羧酸类阻垢分散剂
常用的聚合物类水稳剂有丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚物(AA/AMPS)、聚丙烯酸(PAA)、水解聚马来酸酐(HPMA)、马来酸酐一丙烯酸共聚物(MA/AA)、丙烯酸一丙烯酸酯类共聚物等。
最近市面上又有一种环保型的缓蚀阻垢剂——聚天冬氨酸（PASP），对CaCO3、CaSO4·2H2O、BaSO4、SrSO4垢有极其优良的阻垢性能， 是一种多功能的阻垢剂，并具有一定的缓蚀性能， 可与多种药剂复配组成绿色配方（无磷或低磷）应用前景广阔。
聚天冬氨酸分子中带负电的胺羰功能基团中的氮原子和氧原子与垢盐表面钙离子的静电作用主导了此类阻垢剂与晶面的吸附特性。功能基团的空间位置与特定晶面阳离子间距的匹配性，主导了阻垢剂与垢盐表面的结合性能， 从而成为添加剂定量结构-性能相关(QSAR) 研究中的两个关键参量， 或至少是对阻垢剂阻垢性能起关键作用的微观参量之一。
3.5 复配阻垢缓蚀剂
目前绝大多数企业使用的是复配药剂，即利用几种药剂的协同效应，在药剂总量不变的情况下，取得较好的缓蚀、阻垢效果。通常将有机膦酸、磷羧酸、聚合物及无机盐等复配成适用于水处理的高效缓蚀剂。
4.常见阻垢缓蚀剂的配方
配方1：
|
成分 |
代号 |
含量 |
说明 |
|
羟基乙叉二膦酸 |
HEDP |
20-25% |
|
|
羟基乙叉二膦酸.2钠 |
HEDP.2Na |
3-6% |
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|
聚丙烯酸 |
PAA |
1-3% |
分子量3000左右 |
|
水 |
|
余量 |
此样品为小分子有机磷酸与聚合物复配使用，对硫酸钙、碳酸钙有很好的抵制作用。
配方2：
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成分 |
代号 |
含量 |
说明 |
|
聚丙烯酸 |
PAA |
3-6% |
分子量3500 |
|
羟基乙叉二膦酸 |
HEDP |
2-5% |
/ |
|
氯化钠 |
NaCl |
4-8% |
/ |
|
水解聚马来酸 |
HPMA |
1-3% |
/ |
|
膦酰基丁烷三羧酸钠 |
PBTCA |
0-2% |
/ |
|
水 |
|
余量 |
/ |
配方3
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成分 |
代号 |
含量 |
说明 |
|
硫酸锌 |
ZnSO4 |
7-10% |
助剂 |
|
氨基三甲叉膦酸 |
ATMP•4Na |
8-15% |
|
|
聚丙烯酸 |
PAA |
1-3% |
|
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丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸多元共聚物 |
AA-AMPS |
1-4% |
|
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聚环氧琥珀酸钠盐 |
PESA |
3-5% |
|
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苯并三氮唑 |
BTA |
0.5-2% |
缓蚀剂 |
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十二醇无规聚醚 |
|
0-1% |
低泡性表面活性剂 |
|
焦磷酸 |
|
0-5% |
除垢、调节PH值 |
|
水 |
|
余量 |
|
特点：有机磷酸盐、有机磷羧酸盐和磺酸共聚物中加入Zn2+，它与有机磷酸盐、有机磷羧酸盐和磺酸盐共聚物之间存在“协同效应”。磺酸盐共聚物有很强的稳锌能力,当腐蚀发生时,阴极区形成高pH区域，Zn2+迅速沉积成膜,但膜松软不牢固,而有机磷酸盐等在金属表面形成的沉积、吸附则起到补膜的作用，与其共同组成致密、牢固的保护层。
5.市面常见缓蚀剂
无机缓蚀剂、有机缓蚀剂、聚合物类缓蚀剂、无机缓蚀剂（铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐）有机缓蚀剂（膦酸（盐）、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木质素）聚合物类缓蚀剂（聚乙烯类，POCA，聚天冬氨酸）阳极型缓蚀剂（无机强氧化剂，如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐）阴极型缓蚀剂（锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物，钙的碳酸盐和磷酸盐）混合型缓蚀剂（巯基苯并噻唑、苯并三唑、十六烷胺等）氧化膜型缓蚀剂（铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、正磷酸盐、硼酸盐）沉淀膜型缓蚀剂（锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物，钙的碳酸盐和磷酸盐）吸附膜型缓蚀剂、铜银缓蚀剂苯骈三氮唑、铜缓蚀剂巯基苯骈噻唑 （水溶性巯基苯骈噻唑）铜缓蚀剂甲基苯骈三氮唑、盐酸酸洗缓蚀剂、 硝酸酸洗缓蚀剂、铜合金酸洗缓蚀剂、盐酸酸洗缓蚀剂、柠檬酸酸洗缓蚀剂、碳钢酸洗缓蚀剂、季铵盐型酸化缓蚀剂、不锈钢酸洗缓蚀剂、油田酸化缓蚀剂、含硫油气管道缓蚀剂、金属高温缓蚀剂、镁合金中性缓蚀剂、黑色金属缓蚀剂、铜合金碱性缓蚀剂、铝合金碱性缓蚀剂、铝合金中性缓蚀剂、输油管道酸化缓蚀剂、钢铁中性缓蚀剂、冷却水缓蚀阻垢剂、加氢裂化高效缓蚀剂、锅炉清洗用缓蚀剂、循环水系统缓蚀剂、汽油加氢缓蚀剂、锅炉脱氧缓蚀剂、耐高温缓蚀剂、铜合金缓蚀剂、冷冻盐水缓蚀剂、注塑机阻垢缓蚀剂、锅炉缓蚀剂、锅炉除垢缓蚀剂、软化水系统缓蚀剂、中低压锅炉阻垢缓蚀剂、油田注水缓蚀剂、天然气井缓蚀剂、高温酸化缓蚀剂、空调缓蚀剂、气相缓蚀剂、·水处理阻垢缓蚀剂、有机硅持久缓蚀剂、油溶性高温缓蚀剂、气相防锈缓蚀剂、·防锈缓蚀剂、金属缓蚀剂、有机磷缓蚀剂、钢铁缓蚀剂、电镀铬铅板缓蚀剂、炼厂用高温缓蚀剂、合金管酸洗缓蚀剂、螺纹钢酸洗缓蚀剂
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