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阻垢剂的化学成分是什么?

文章出处:水处理发表时间:2015-3-21 8:19:02【

概述 
阻垢剂、分散剂是循环水化学日常处理中一类占较大比重的化学药剂。例如羟基亚乙基二膦酸(HEDP)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)等,都是由其分子中的部分官能团、通过静电力吸附于致垢金属盐类正在形成的晶体(晶核)表面的活性点上,抑制晶体增长,从而使形成的许多晶体保持在微晶状态,这等于增加了致垢金属盐类在水中的溶解度;与此同时,由于阻垢剂分子在晶体表面上的吸附,晶体即使增长,也只能畸形地增长,这就使晶体产生畸变。畸变后的晶体与金属表面的粘附力减弱,因此不易沉积于金属表面上;由于吸附于晶体表面上的官能团只是阻垢剂分子中的部分官能团,那些未参加吸附的官能团,就会对晶体呈现离子性,因电荷的排斥力增大而使晶体处于分散状态。以上三种作用同时存在,使得在水中阻止相同量的致垢金属盐不在金属表面结垢所需的阻垢剂的量,远低于将同样量的致垢金属盐螯合在水中使其不沉淀所需的螯合剂的量。这一现象,叫做“阈值效应”(Threshold effect),也叫“低限量效应”,或叫做“亚化学计量效应”(sub-stoichiometry effect)。因此它们能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶无机盐在金属设备表面的沉积、结垢,维持金属设备有良好的传热效果,保证生产正常进行。阻垢剂主要包括一些天然分散剂、膦酸、膦羧酸及膦磺酸和高分子聚合物等,而目前使用的绝大多数阻垢分散剂是高分子聚合物。 
水处理中最早得到应用的阻垢剂大约要算聚合磷酸盐。聚合磷酸盐除具有阻垢作用外,还兼具缓蚀作用。但其缺点是易水解为正磷酸盐,如果控制失当,会使本来不太严重的碳酸钙垢问题转变为十分严重的磷酸钙垢问题。20世纪60年代有机磷酸(盐)阻垢剂的问世,表明水中碳酸钙的阻垢技术取得了突破性的进展。也使循环冷却水的超低铬处理配方得以应用。这种超低铬配方在7.5-8.5的pH值范围内使用。高pH值的运用使得对用于缓蚀的铬酸根量的要求从传统铬-磷-锌配方的15-25mg/L降至5-10mg/L,大大减轻了对环境的不利影响。之所以能这样做,是因为有机膦酸(盐)阻垢剂的应用,使水中致垢盐碳酸钙在金属表面的阴极区得到有控制的沉积。这种有控制地沉积的碳酸钙,起到了阴极缓蚀剂的作用。有机膦酸(盐)阻垢剂的应用,也使经典的循环冷却水聚磷酸盐-有机膦酸(盐)-聚丙烯酸(盐)这一磷系碱性处理配方得到广泛应用。而使磷系碱性处理配方得到进一步完善,则应归功于阻磷酸钙垢共聚物阻垢剂的问世。像丙烯酸/丙烯酸甲酯二元共聚物、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯/丙烯酸甲酯三元共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸/次磷酸三元共聚物等,都是为阻磷酸钙垢而研制的。如果说,时至今日,碳酸钙垢和磷酸钙垢已经有了特效阻垢剂的话,对于硅酸镁钙、氢氧化铁垢、氢氧化锌垢、硫酸钙垢和硫酸钡垢,则还没有那么有特效的阻垢剂,尽管已许多药剂分别对这些垢类显现出阻垢效果。 
目前对阻垢、分散剂的研究集中于对各种共聚物的研制上。而且正在朝制备一剂多能的水处理剂的方向发展。另外,近年来对环保型阻垢剂的开发,为保护环境和水资源不受污染作出了贡献。 
天然高分子 
天然阻垢剂是较早被使用的一类水处理阻垢剂。一般是由天然产物经进一步加工制成。近来这一类的阻垢剂产品的效果不如新型的有机产品,但因其一般没有毒性,所以仍然在部分水处理剂系统中有着应用。 
1.1 木质素磺酸钠 
别名 木素磺酸钠,木钠,亚硫酸盐木质素,MN型减水剂 
分子式 典型软木磺酸盐 C9H8.5O2.5(OCH3)0.85(SO3H)0.4 
分子量 5000-100000 
1)物化性质 由生产原料不同分为软浆和硬浆。目前应用较广的是软木木质素。木质素磺酸盐又称亚硫酸盐木质素,分子量不同,结构也不尽相同,是具有多分散性的不均匀阴离子聚电解质。固体产品为棕色自由流动的粉状物,易溶于水,易吸潮。可溶于任何硬度的水中,并不受pH值变化的影响,但不溶于乙醇、丙酮及其他普通的有机溶剂。水溶液中化学稳定性好。具有良好的扩散性能和耐热稳定性。水溶液为棕色至黑色,有胶体特性,溶液的粘度随浓度的增加而升高。木质素磺酸盐对降低液体间界面表面张力的作用很小,而且不能减小水的表面张力或形成胶束,其分散作用主要依靠基质的吸附---脱吸和电荷的生成。 
2)技术指标 见下表 
木质素磺酸钠国内参考规格 

指标名称 指标 指标名称 指标 
外观 黄褐色或棕色固体 水不溶物/% ≤0.4 
水分/% 7 总还原物/% ≤3 
钙镁总量/% ≤0.6 pH值 9.0-9.5 
硫酸钠/% ≤3 

3)毒性及防护 木质素磺酸盐无毒、LD50>5g/kg。美国食品及药物管理局业已批准允许在各种食品和食品包装的制造和加工过程中使用此产品。 
4)用途 木质素磺酸钠:其结构单元上含有酚羟基和羧基,能生成不溶性的蛋白质络合物,用来控制悬浮物和铁垢,具有分散能力。是一种分散剂和整合剂,也是一种缓蚀剂。在循环水处理剂中,利用本产品与锌的络合作用,使水中的锌得以储备,以不断地提供一定量的锌离子,抑制水系统的腐蚀,用它与多元醇磷酸酯和锌复配成复合剂。在锅炉水中作分散阻垢剂,其热稳定性好,甚至在250℃下仍然保持良好的分散性能。它在水中分散含水氧化物和有机污垢方面也很有效。木质素磺酸钠具有分散、粘合、络合与乳化。稳定作用,可广泛地用于各种行业中。 
但是,它的最大缺点是组成不稳定,性能常常会有波动,高温、高压下易分解,对现代化的水处理很不利。但由于它来源方便、价格低廉、无污染等优点,仍少量用于循环冷却水处理剂复合配方中。如美国纳尔科公司N-7350、N-4324水处理用药剂组分中均有本品。 
5)使用方法 一般由水处理厂家根据配方需要直接复合在复合水处理剂商品中。 
1.2 单宁 
别名 单宁酸,鞣酸,没食子鞣酸,鞣质 
分子式 C76H52O46 
分子量 1701.22 
1)物化性质 单宁实际上是一个笼统的名称,是指由五倍子酸、间苯二酚、间苯三酚和其他酚衍生物组成的复杂混合物,常与糖类共存。根据化学结构可以分为:1)水解类单宁,指含有酯键和配糖键的单宁。在酸和酶的作用下易水解。2)缩合类单宁,所有芳香核以碳键相连。在强酸和强氧化剂的作用下,分子间可以缩合。单宁为淡黄色无定形粉末或疏散有光泽的鳞片状或海绵状固体,暴露于空气中能变黑。无臭,有强烈的涩味,呈酸性。可燃。在100g水内的溶解度为300g,也溶于乙醇、丙酮,难溶于苯、氯仿、二硫化碳、四氯化碳、乙醚及石油醚等。210℃开始熔融并大部分分解为焦性没食子酸和二氧化碳。闪点198.9℃。自燃点526.7℃。在水溶液中可以用强酸或盐(NaCl、Na2SO4、KCl)使之沉淀。在碱液中,易被空气氧化使溶液呈深蓝色。单宁为还原剂,能与白蛋白、淀粉、明胶和大多数生物碱反应生成不溶物沉淀。单宁暴露于空气和阳光下易氧化,色泽变暗并吸潮结块,因此应密封、避光保存。 
2)技术指标 见下表 
GB5308-85(工业单宁酸) 

指标名称 一级品 二级品 三级品 
外观 淡黄色至浅棕色无定型粉末 
单宁酸(干基计)含量/% ≥81.0 ≥78.0 ≥75.0 
干燥失重/% ≤9.0 ≤9.0 ≤9.0 
水不溶物/% ≤0.6 ≤0.8 ≤1.0 
总颜色 ≤2.0 ≤3.0 ≤4.0 


3)毒性及防护 低毒,小鼠经口LD50为6000mg/kg。 

4)用途 主要用于医药、墨水、印染、皮革、橡胶和冶金等工业以及水处理中。单宁在水处理过程中,具有絮凝、脱氧、缓蚀、阻垢和杀菌作用。在循环冷却水处理中是一种分散剂。由于它含有大量的羟基和部分水解后所产生的羧基,因此它具有和Fe3+、Ca2+、Mg2+等多种金属离子络合的功能,起到分散作用。此外,单宁可防止溶解氧对阴极去极化作用,或者在金属表面与铁离子或氧化铁反应生成一种网状结构的不透性保护膜,因此能抑制铁的腐蚀。此外,利用单宁在酸性介质中易吸氧,可较好地防止锅炉氧腐蚀。可和锌盐配合应用于循环水处理中。此外,单宁对水中硫酸盐还原菌有一定的杀灭作用。 

5)使用方法 

a. 在循环冷却水系统中作阻垢分散剂时,适宜的pH值范围在6-8,浓度为50mg/L左右。 

b.在锅炉中用作除氧剂时,推荐pH值为11左右。在pH值为11时,单宁和肼或亚硫酸钠一样,具有较好的脱氧能力。可抑制碳钢的腐蚀,缓蚀率可高达97%。

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