合成阻垢剂研究现状及展望_张波

合成阻垢剂研究现状及展望张波1唐星华1苏玉春1王仙芳1张涛2(1.南昌航空大学环境与化学工程学院330063;2.华东交通大学外国语学院330029)摘要:合成聚合物阻垢剂是水处理剂的一种,广泛运用于工业循环冷却水系统中。本文主要论述了合成阻垢剂的种类及国内外发展的现状,指出了合成阻垢剂发展的重点和方向,并提出其今后发展的一些建议。其中聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸两大新型绿色合成阻垢剂成为近几年国内外研究重点。关键词:合成阻垢剂现状展望近年来随着我国工业生产的迅速发展,工业用水量急剧上升,在水中投入阻垢剂能有效的控制水垢的生成[1]。目前,随着科学技术的发展,阻垢剂的研究也在不断地深入并日趋成熟,其特点及功能在日趋完善的同时,种类亦在不断增加,在工业水处理及环保要求的推动下,阻垢剂必须朝着多功能、高效,环保的方向发展[2]。按照阻垢剂的聚合成份,可将其分为天然聚合物阻垢剂和合成聚合物阻垢剂两大类,合成聚合物阻垢剂又可进一步分成羧酸类聚合物阻垢剂、磺酸类聚合物阻垢剂、含磷聚合物阻垢剂和环境友好型阻垢剂[3]。合成阻垢剂按照组成成分可以分为均聚阻垢剂,二元聚合物阻垢剂,三元和多元聚合物阻垢剂。合成聚合物阻垢剂具有阻垢效果好,热稳定性高,用量少,结构预设,易合成,种类丰富等许多优点。由于高分子聚合物在低剂量下就能对成垢晶核起到抑制作用,同时对已产生的垢粒具有吸附、分散、晶格畸变等作用,近年来用高分子聚合物作为阻垢剂尤其受到青睐,合成阻垢剂的发展很迅速,特别是环境友好型的合成阻垢剂的发展[4]。1均聚聚合物阻垢剂目前均聚阻垢剂通常为羧酸类均聚,如以丙烯酸(AA)、马来酸(MA)或马来酸酐为单体发生均聚或者与其它单体共聚而形成的一类水溶性高分子物质,主要有聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚马来酸(PMA)以及水解聚马来酸酐(HPMA)等。此类阻垢剂起作用的是聚合物中的-COOH基团,它对Ca2+、Mg2+、Ba2+、Fe3+、Cu2+等具有较强的螯合能力,不仅有分散和凝聚作用,还能在无机垢结晶过程中干扰晶格的正常排列,从而达到阻垢和防垢的目的。Doherty等[5]研究了在不同分子量的聚丙烯酸存在条件下草酸钙结晶水合物的结垢情况,最终确定分子量在2000～4000的聚丙烯酸对草酸钙的抑制效果最好。郭振良等[6]以纯净的马来酸酐为单体、水为溶剂、无毒的钨酸钠为催化剂,合成了水解聚马来酸酐(HPMA),对均聚HPMA的绿色合成工艺条件进行了优化研究,并对HP-MA的阻垢性能及其影响因素进行了探讨。聚丙烯酸酯作为水处理的阻垢剂也被广为应用,AkioYuchi等[7]探讨了一种新的方法,通过添加Cu2+的固体铜离子选择电极,利用电势测定法测定聚丙烯酸酯相对于Ca2+和CaCO3等物质的有效浓度。利用该方法可以控制聚丙烯酸酯的有效浓度,使其恰好可以阻止各种水循环系统中水垢的形成,有利于控制药剂的用量,削减成本。2二元聚合物阻垢剂我国在20世纪80年代开始研究二元聚合物阻垢剂,奠定了水溶性聚合物水处理剂的基础。日本粟田公司的T-225是丙烯酸与丙烯酸羟丙酯的共聚物;美国Nalco公司的N-7319是由丙烯酸与丙烯酸酯共聚而成;Chemed公司合成了丙烯酸/苯乙烯磺酸共聚物;Belz公司合成了丙烯酸/丙烯酸羟基丙酯(HPA)共聚物等等。张光华等[8]以水作溶剂,过硫酸铵为引发剂,以衣康酸(IA),甲基丙烯酸(MAA)为单体制备了水溶性共聚物衣康酸/甲基丙烯酸(IA/MAA),探讨了引发剂、温度、共聚物分子量等对共聚物阻垢性能的影响。IA/MAA共聚物能使碳酸钙晶形严重畸变,从而具有良好的阻垢性能,对碳酸钙的阻垢率约为83%。王新刚等[9]以水为介质,丙烯酸、丙烯酸羟丙酯为原料合成了丙烯酸(AA)/丙烯酸羟丙酯(HPA)共聚物阻垢分散剂,探讨了单体配比、引发剂用量、反应温度、反应时间等对共聚物阻垢性能的影响,确定了最佳合成条件,并采用静态阻垢法评价了共聚物的阻垢性能,结果表明该共聚物不仅具有良好的阻垢性能,而且对氧化铁有很好的分散性。随着研究的深入和水质的要求,近年来,夏明珠等[10]以衣康酸、苯乙烯磺酸钠为单体,以水为溶剂,过硫酸铵为引发剂,制得了衣康酸-苯乙烯磺酸钠二元聚合物阻垢剂。马彦然等[11]以水为溶剂,质量分数为30%的过氧化氢为引发剂,合成了阻垢剂马12江西化工2009年第4期DOI:10.14127/j.cnki.jiangxihuagong.2009.04.017来酸酐-丙烯酰胺共聚物。研究了单体配比、水的用量、引发剂用量、反应温度等条件对聚合反应及其阻垢率的影响。该合成工艺合成的共聚物稳定性高,CaCO3的阻垢效果较好,可用作工业循环冷却水的阻垢剂。3三元及多元聚合阻垢剂合成阻垢剂除均聚与二元共聚物外,目前国内许多学者还有