天然阻垢剂阻垢及其缓蚀性能的研究
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阻垢缓蚀剂原理
阻垢缓蚀剂是一种能够防止金属表面结垢和腐蚀的化学物质。
它们通
过与金属表面形成一层保护性的氧化物或盐类膜,来防止水、氧气和
其他腐蚀物质进入金属表面,从而延长金属的使用寿命。
阻垢缓蚀剂的原理可以分为两个方面:阻垢和缓蚀。
首先是阻垢。
当水中存在着大量的碳酸钙、硬度离子等杂质时,这些
杂质会在金属表面结成一层厚厚的水垢,这些水垢不仅会降低热传导率,影响设备效率,还会使得管道内径变小,增加流体输送的阻力。
而阻垢剂可以通过吸附在水垢表面上并改变其结晶方式来抑制水垢生成。
同时,在高温高压下,阻垢剂还可以促进水中碳酸钙等杂质溶解,并将其转化为可流动的胶体颗粒。
其次是缓蚀。
当金属暴露在水和氧气中时,会发生电化学反应,使得
金属表面发生腐蚀。
而缓蚀剂可以通过吸附在金属表面上形成一层保
护性的氧化物或盐类膜,来防止水、氧气和其他腐蚀物质进入金属表面。
缓蚀剂的选择取决于金属的种类、环境条件和所需保护时间。
综上所述,阻垢缓蚀剂是一种能够防止金属表面结垢和腐蚀的化学物质。
它们通过吸附在水垢表面上并改变其结晶方式来抑制水垢生成,
并通过吸附在金属表面上形成一层保护性的氧化物或盐类膜来防止水、氧气和其他腐蚀物质进入金属表面,从而延长金属的使用寿命。
绿色缓蚀阻垢剂的研究及应用进展作者:张帆杨晓拂李芳芳来源:《中国化工贸易·下旬刊》2020年第03期摘要:循环水处理过程中磷系药剂的使用会导致水体富营养化,聚羧酸无磷聚合物自身难以降解且不环保,所以难以被广泛应用。
结合当前水污染排放标准,加强无磷非氮开发,有利于促进水污染治理工作开展。
基于此,文章就生物降解物质在缓释阻垢性物质方面的研究展开分析,并对其未来发展进行了探析,希望能促进绿色阻垢缓蚀剂向前发展。
关键词:缓蚀阻垢剂;绿色;研究;应用在工业生产不断发展的当下,水资源短缺与污染等问题逐渐引起人们重视。
工业用水系统当中,污垢身为其中的主要危害。
国内关于水处理阻垢剂方面研究起源自上世纪70年代,在这些年的发展中,逐渐朝着天然聚合物及含磷聚合物等阻垢剂方向发展。
传统聚合物费用与用药量较大;含磷阻垢剂难以全面抑制锌垢及磷酸钙等方面问题,再加上自身可以产生有机磷酸,所以环保部门对其使用提出了限制。
在这一背景下,新型绿色阻垢剂逐渐成为人们研究的主要内容。
1 绿色阻垢缓蚀剂应用研究随着人们环保意识的提升,对阻垢缓蚀剂在环境中的危害作用、水体富营养化及缓蚀成效等方面给出了新要求,当前聚天冬氨酸与环氧琥珀酸等生物绿色阻垢缓蚀剂研究逐渐成为人们关注的重点。
1.1 聚天冬氨酸(PASP)聚天冬氨酸作为这几年来研发的一种新型阻垢剂,这种阻垢剂因其自身的环保性,因而逐渐成为全球研究的重点。
自上世纪90年代,美国公司开始研究PASP,这一物质由最初的原料选择、制备一直到后续产品生产等阶段,都不会对环境造成破坏,且生物可降解性较好,在试验测定中,这一物质降解性能和葡萄糖十分相似。
其中崔科等研究人员对PASA的生物降解性展开相关研究,实验表明,随着接种量的不同,PASA的降解速率也各不相同。
另外,陶虎春等人員同过大量实验证明,PASA可以作为环境友好型物质。
PASA分子结构当中含有羧基与酰胺键,且具备阴离子型与中性型阻垢剂特征。
红井子作业区腐蚀结垢机理及阻垢缓蚀剂研究王伟华;龙永福;徐艳丽;韩涛;陈世军【摘要】通过红井子作业区采油及集输系统的水样及结垢腐蚀产物分析、水质配伍性试验、腐蚀挂片试验等对采油及集输系统结垢、腐蚀问题产生的原因进行了分析。
红井子作业区采油及集输系统腐蚀的原因为水质矿化度过高而引起的电化学腐蚀,结垢的主要原因为水质中的Ca2+、Ba2+、Sr2+、SO2-4及重碳酸根离子形成CaCO3、BaSO4或 SrSO4结垢。
根据红井子作业区采油及集输系统腐蚀结垢机理,针对性开展了防垢防腐药剂研制,研制出新型缓蚀新型阻垢剂 FHZJ。
在模拟水样中,其加量为100mg/L时,可使20#钢片的腐蚀速率由0.082mm/a 降至0.051mm/a;在 Ba2+离子浓度为650mg/L,SO2-4离子浓度为1250mg/L,其加量为50mg/L时,对硫酸钡的阻垢率达到100%,将新研制的阻垢缓蚀剂在红井子作业区采油及集输系统进行现场应用,压力上升仅为原阻垢剂的13,防垢防腐效果优良。
【期刊名称】《长江大学学报(自然版)理工卷》【年(卷),期】2016(013)016【总页数】7页(P11-17)【关键词】腐蚀;结垢;阻垢缓蚀剂【作者】王伟华;龙永福;徐艳丽;韩涛;陈世军【作者单位】中石油长庆油田分公司第三采油厂,宁夏银川 750005;中石油长庆油田分公司第三采油厂,宁夏银川 750005;中石油长庆油田分公司第三采油厂,宁夏银川 750005;中石油长庆油田分公司第三采油厂,宁夏银川 750005;西安石油大学化学化工学院,陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TE39油田进入含水期开发后,由于水的热力学不稳定性和化学不相容性,往往造成油井井筒、地面系统及注水底层的结垢问题,给生产带来极大的危害[1~3]。
采油三厂红井子作业区采油及集输系统结垢、腐蚀问题逐渐显现,严重影响正常生产,亟需开展腐蚀结垢机理及防垢防腐技术研究[4,5]。
《新型绿色阻垢剂的合成及其对混合水垢的阻垢性能与机理研究》篇一摘要本篇研究着重探讨了一种新型绿色阻垢剂的合成工艺、阻垢性能以及其对于混合水垢的阻垢机理。
此新型阻垢剂不仅具有高效的阻垢效果,同时其绿色环保的特性也符合了现代工业对环保的严格要求。
本文首先详细介绍了阻垢剂的合成过程,随后通过实验验证了其对于混合水垢的阻垢性能,最后探讨了其阻垢机理。
一、引言随着工业的快速发展,水处理问题日益突出,其中水垢的形成是一个重要的挑战。
水垢主要由钙、镁等金属离子与碳酸根、硫酸根等阴离子结合形成,不仅影响设备的正常运行,还会对设备造成腐蚀。
因此,研究新型的阻垢剂,特别是绿色环保的阻垢剂,对于解决水处理问题具有重要意义。
二、新型绿色阻垢剂的合成本研究所合成的绿色阻垢剂以生物来源的原料为主,采用特定的合成工艺,最终得到了高纯度的产品。
在合成过程中,严格控制反应条件,如温度、pH值、反应时间等,以保证产品的质量和性能。
三、实验方法与结果1. 实验方法本实验采用静态法对新型绿色阻垢剂的阻垢性能进行测试。
首先制备混合水垢模拟液,然后加入不同浓度的阻垢剂,在一定温度下进行反应,最后通过对比阻垢剂存在与否的水垢生成量来评价其阻垢性能。
2. 实验结果实验结果表明,新型绿色阻垢剂对于混合水垢具有良好的阻垢效果。
随着阻垢剂浓度的增加,水垢生成量明显减少。
此外,该阻垢剂在较宽的温度范围内均表现出良好的稳定性。
四、新型绿色阻垢剂对混合水垢的阻垢机理新型绿色阻垢剂主要通过螯合作用、分散作用和晶格畸变作用来达到阻止水垢生成的目的。
螯合作用可以与水中的金属离子结合,减少金属离子与阴离子的结合机会;分散作用可以使已形成的微小水垢颗粒分散在水中,不易沉积;晶格畸变作用可以改变结晶过程,使结晶体变得松散,不易形成大块的水垢。
五、结论本研究成功合成了一种新型绿色阻垢剂,该阻垢剂对混合水垢具有良好的阻垢性能。
通过实验验证了其阻垢效果,并探讨了其阻垢机理。
新型水质稳定剂(DAATMP)的合成及其缓蚀阻垢
性能试验研究的开题报告
研究题目:新型水质稳定剂(DAATMP)的合成及其缓蚀阻垢性能试验研究
研究方向:材料科学与工程
研究背景:
随着城市化的进程和工业化的发展,水质污染已经成为制约社会经济发展的一个瓶颈。
水处理技术的应用已经成为水治理的重要手段。
缓蚀阻垢作为一种水处理技术,可有效地降低水质硬度,防止水管、热交换器、锅炉等设备的腐蚀、结垢,提高水利用效率。
因此,开发新型水质稳定剂,探索其在水处理中的应用是十分有必要的。
研究内容:
本次研究旨在合成一种新型水质稳定剂(DAATMP),并对其进行缓蚀阻垢性能试验研究。
具体研究内容如下:
1. 合成DAATMP,并对其进行结构表征;
2. 分别采用缓蚀试验、阻垢试验和腐蚀失重试验等方法,研究DAATMP的缓蚀阻垢性能;
3. 探究DAATMP在不同水质条件下的缓蚀阻垢性能变化规律。
研究方法:
本研究采用合成化学和材料测试技术相结合的方法,通过化学反应合成DAATMP,并运用多种测试方法对其缓蚀阻垢性能进行评价。
研究意义:
本研究的成果能够为水处理领域提供新的技术和方法,开发出具有良好缓蚀阻垢性能的新型水质稳定剂,优化水处理工艺,提高能源利用效率,促进乡村建设和环境保护。
同时,还有利于推动我国水处理技术的研究和发展,提高我国水治理能力及科技水平。
《新型绿色阻垢剂的合成及其对混合水垢的阻垢性能与机理研究》篇一一、引言随着工业的快速发展和人们生活水平的提升,水质问题逐渐受到关注。
在给水系统和循环冷却系统中,水垢的生成常常是导致设备性能下降和维修成本上升的重要因素。
为了有效控制水垢的生成,研究者们开始研发新型的绿色阻垢剂。
本文旨在合成一种新型绿色阻垢剂,并对其对混合水垢的阻垢性能及机理进行研究。
二、新型绿色阻垢剂的合成本研究所合成的绿色阻垢剂采用环保型原料,通过特定的合成工艺,得到目标产物。
具体合成步骤如下:首先选择具有优良阻垢性能的生物高分子为基材,辅以螯合剂和表面活性剂,进行混合和聚合反应。
该阻垢剂具有低毒、环保、易降解的特点,符合绿色化学的要求。
三、混合水垢的制备与性质混合水垢主要由钙、镁等硬水离子与碳酸根、硫酸根等阴离子在高温下反应生成。
为了模拟实际水系统中水垢的形成,我们制备了含有不同比例钙、镁离子的混合水垢。
通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段,对水垢的形态和组成进行了分析。
四、新型绿色阻垢剂对混合水垢的阻垢性能1. 实验方法:将合成的新型绿色阻垢剂加入到含有混合水垢的水系统中,观察并记录阻垢效果。
2. 实验结果:实验结果表明,新型绿色阻垢剂对混合水垢具有显著的阻垢效果。
在一定的浓度范围内,随着阻垢剂浓度的增加,水垢的生成量逐渐减少。
此外,该阻垢剂对不同比例的钙、镁离子混合水垢均表现出良好的阻垢性能。
五、新型绿色阻垢剂的阻垢机理研究1. 螯合作用:阻垢剂中的螯合剂能与钙、镁等硬水离子形成稳定的螯合物,从而阻止这些离子与碳酸根、硫酸根等阴离子结合生成水垢。
2. 静电斥力:阻垢剂中的表面活性剂能吸附在水垢颗粒表面,通过静电斥力阻止水垢颗粒的聚集和生长。
3. 晶体生长干扰:阻垢剂分子能够进入水垢晶体的生长点,干扰其晶体生长过程,从而抑制水垢的形成。
六、结论本研究成功合成了一种新型绿色阻垢剂,该阻垢剂对混合水垢具有显著的阻垢效果。
缓蚀阻垢剂检测标准
缓蚀阻垢剂是一种在工业设备中用于防止腐蚀和垢积的化学品。
由于其在工业生产中的重要性,缓蚀阻垢剂的检测标准非常关键。
以下是缓蚀阻垢剂检测的常见标准:
1. 化学成分检测:通过化学分析方法,确定缓蚀阻垢剂中所含的化学成分和浓度。
常见的化学分析方法包括火焰原子吸收光谱法(FAAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)等。
2. 腐蚀性能检测:使用各种方法评估缓蚀阻垢剂对金属材料的腐蚀性能,例如腐蚀试验、电化学测试等。
这些测试可以确定缓蚀阻垢剂对工业设备的保护效果。
3. 阻垢效果检测:通过实验室仿真或现场试验,评估缓蚀阻垢剂对垢积的阻碍效果。
常见的方法包括热循环试验、水质监测等。
4. 可溶性检测:在某些应用中,缓蚀阻垢剂需要在水中逐渐释放。
因此,检测可溶性成分的浓度和释放速率也很重要。
常用的方法有溶解度测试和相关标准测试。
5. 环境影响检测:评估缓蚀阻垢剂对环境的潜在影响,包括生物毒性、生物降解性、水生态毒性等。
常见的环境影响标准包括ISO 8692等。
需要注意的是,不同行业和应用可能有不同的检测标准和要求。
因此,在进行缓蚀阻垢剂检测时,需要参考相关行业标准和规定,并根据具体要求选择相应的检测方法和标准。
缓蚀阻垢剂性能影响因素
缓蚀阻垢剂作为高效液体阻垢剂,其主要作用是阻止水中含有的颗粒形成水垢阻塞膜元件的孔径,使膜的水通量减小。
缓蚀阻垢剂阻垢性能高,不会与有机絮凝剂形成不容物。
该药剂是目前比较理想的水处理产品。
那么影响缓蚀阻垢剂使用效果的因素有哪些呢?
1.药剂浓度。
在相同浓度下,复合剂阻垢效果明显好于单剂,这是影响该药剂非常重要的因素。
通常来说,浓度越大,效果越好。
2.溶液浊度。
浊度对阻垢剂性能的影响会根据其种类不同而有所变化。
浊度对单元高分子聚合物以及多元高分子聚合物有负面影响,但对阻垢分散剂有增幅作用。
一般来说,浊度越高,阻垢效果相对也好。
3.铁离子影响。
在循环水中,随着铁离子浓度不断增加,对碳酸钙的阻垢作用会有所下降,铁离子浓度对大部分阻垢剂均有影响。
为了能加强其阻垢作用,要尽可能降低铁离子浓度。
4.酸碱度影响。
水中酸碱含量对阻垢剂作用效果影响明显,有些阻垢剂适合酸性环境,有些则适合碱性环境,要依据环境不同来选择缓蚀阻垢剂。
缓蚀阻垢剂能够有效阻止水垢附着在膜元件的表面,保证正常的水通量,保证反渗透膜正常的过滤效果。
∙∙阻垢剂性能评定方法中的问题与讨论∙∙阻垢分散作用是水质稳定剂的主要基本功能。
建立正确、简便、客观的阻垢剂性能评定方法是广大水处理工作者的任务之一。
目前我国实验室常用的评定方法主要有静态阻垢法、鼓泡法和极限碳酸盐硬度法川等。
这些方法大多存在测定时间长、操作烦琐、重现性不理想等缺点,为此,在综合评价、改进这些方法的基础上,我们又先后提出了pH位移法和电导法等评定方法。
与经典方法相比,pH位移法和电导法具有实验周期短(由6一24h缩减到2一10min)、操作简单(只需1台pH计或电导率仪)、数据重现性好等特点,但它们所反映的仍只是鳌合作用的贡献,测定结果同样也不能反映阻垢剂的综合性能。
虽然量热法可同时反映晶体成核和生长过程的贡献,但受温度测量精度(采用贝克曼温度计,测温精度为0.001℃)的影响,方法的系统误差较大,较难反映不同阻垢剂之间的细微差别。
因此,探索客观、公正、简便的实验室评定阻垢剂综合阻垢性能的方法,是一项具有实际意义的工作。
1阻垢剂作用机理从作用机理上来讲,阻垢剂的作用可分为鳌合、分散和晶格畸变三部分。
且在实验室评定试验中,分散作用是鳌合作用的补救措施,晶格畸变作用是分散作用的补救措施。
1.1鳌合作用由中心离子和某些合乎一定条件的同一多齿配位体的两个或两个以上配位原子键合而成的具有环状结构的配合物的过程称为鳌合作用。
鳌合作用的结果是使得成垢阳离子(如ca2+,Mg2+等)与鳌合剂作用生成稳定的鳌合物,从而阻止其与成垢阴离子(如co32一,5042一,Po4,一和51032一等)的接触,使得成垢的几率大大下降。
鳌合作用是按化学计量进行的,如1个EDTA分子鳌合1个二价金属离子。
鳌合剂的鳌合能力可用钙鳌合值来表示。
通常商品水处理剂的鳌合能力(以下各药剂活性组分质量分数均为50%,鳌合能力以CaCO3计):氨基三亚甲基麟酸(ATMP)—300 mg/g;二乙烯三氨五亚甲基麟酸(DTPMP)—450 mg/g;乙二胺四乙酸(EDTA)—15om岁g;经基亚乙基二麟酸(HEDP)—45om扩g。
天然阻垢剂阻垢及其缓蚀性能的研究 自然水或生产污水都含有各种物质如悬浮物、胶体、有机质,微生物和各种可溶性盐类。若环境条件不变,上述物质处于相对的溶解平衡,一旦环境及水质发生改变,则原来的溶解平衡被打破,易形成水垢,造成管道堵塞,妨碍热量传递, 加重金属的局部腐蚀,影响生产。水垢主要发生在高碱高硬水地区,曾有水垢厚度达到10cm以上,导致输水管道全部被水垢堵塞的典型事故,测流量的孔板及阀门也因结垢造成仪器的失灵。水垢的主要成分是钙镁离子的盐类,包括钙镁的碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐和氢氧化物及金属氧化物等;而污垢则更多地以水垢、悬浮物及腐蚀产物的混合物为主,有时还夹杂着生物粘泥。垢的生成一般包括原始晶种的形成、晶核的生成和晶体生长三个过程,只要能控制其中一个过程,就可达到阻垢的目的。 阻垢剂作为一种水质稳定剂而被广泛应用于工业循环冷却水系统中。它指的是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,可以用来延长设备寿命并保证设备安全运行。 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,其沉降效果的稳定性、环境安全性也越来越受到重视。而随着人类环保意识的日益增强,对阻垢剂的环保要求也日渐提高。目前较广泛使用的水处理剂均为人工合成化合物。但从环保和节能角度考虑,人们又提出了绿色阻垢剂的概念。绿色阻垢剂的概念一经提出就很快成为21世纪水处理剂发展的方向, 无磷非氮可生物降解性能好的绿色阻垢剂的研制开发也已成为新的研究热点。 而天然阻垢剂正是因为从天然物质中提取阻垢剂,绿色,且对环境友好,便宜易得,成为当今的研究方向,并引起人们的广泛关注。 阻垢剂的发展经历了从无机到有机,从天然到合成,从高磷、低磷到无磷的发展历程。对于聚合物阻垢剂来说,阻垢剂先后经历了合成聚合物阻垢剂和天然聚合物阻垢剂两大类。而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4 种。 羧酸类聚合物阻垢剂是一类以丙烯酸、马来酸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、聚甲基丙烯酸、聚马来酸以及水解聚马来酸酐等。在此类阻垢剂中起作用的主要是聚合物中的- COOH 基团,它对Ca2+ 、Mg2 + 、Ba2 + 、Fe3 + 、Cu2 + 等具有较强的螫合能力,不仅具有分散和凝聚的作用,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。 磺酸类聚合物阻垢剂是一类由磺酸单体聚合而成的阻垢剂,包括二元、三元等多个种类。常用的磺酸单体主要有2 - 羟基- 3 - 烯丙氧基磺酸( HAPS) 、苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸钠和2 - 丙烯酰胺- 2 - 甲基丙磺酸(简称AMPS)。其中由于AMPS 价格适中,对水解、温度和二价阳离子的作用稳定,目前被作为使用最多的一种磺酸单体而得到应用,以其作为共聚单体合成的磺酸共聚物更是格外引人注目。 由于磺酸类聚合物可以有效地防止均聚物与水中离子反应生成难溶性聚合物———钙凝胶,特别能抑制磷酸钙垢,能有效地分散颗粒物、稳定金属离子和有机膦酸, 尤其对铁垢有很好的阻垢分散作用, 另外, 由于磺酸基团对盐不敏感,抗温、抗盐能力较好,尤其抗高价金属离子的能力强,因而在国内外掀起了一股研究开发的热潮。 有机含磷共聚物是由无机单体次磷酸与其它有机单体如丙烯酸(AA) 、马来酸(MA) 、含磺酸基单体等共聚而成的聚合物。其显著的结构特征就是膦酸基和羧基存在于一个分子上,即同时含有- PO(OH) 基团和- COOH 基团,和其它种类的共聚物阻垢剂相比,它的缓蚀、阻垢效果明显,且价格低廉,对硫酸钙、磷酸钙、硅酸镁等也有很好的去活化作用。有机含磷共聚物一般分为两类,一类为膦酸亚基聚羧酸、膦基聚羧酸或聚膦基羧酸( PCA),另一类为膦酰基羧酸( POCA),其中较常用的是PCA。 PCA 还可分为膦基聚丙烯酸和膦基聚马来酸两大类。 环境友好阻垢剂又称绿色阻垢剂,是随着绿色化学的兴起而开发出的新型阻垢剂,它是一类具有良好阻垢效果又几乎不污染环境的水溶性高分子聚合物。 目前国内外研究开发的此类阻垢剂主要有聚天冬氨酸( PASP)和聚环氧琥珀酸( PESA)。 聚天冬氨酸(PASP)作为水处理的新型绿色化学品,是一种从原料、制备过程到最终产品均对人体和环境无害的易生物降解的水处理药剂, 它的可生物降解性使其成为特别有价值的水处理剂。使用后的PASP可高效、稳定地被微生物、真菌降解为对环境无害的终产物。 聚环氧琥珀酸(PESA)是一种无磷、无氮和生物降解性能好的兼有阻垢和缓蚀双重功能的水处理剂,20世纪90年代初美国就开发了这种药剂,日本及其它国家也相继开始对聚环氧琥珀酸钠及其衍生物进行了研究,目前正日益成为国际上研究的热点 单宁、木质素、淀粉、纤维素、腐植酸钠、壳聚糖等天然高分子化合物由于其含有许多酚羟基对Ca2 + 、Mg2 + 等盐垢晶体的生长具有一定的抑制作用而最早被作为阻垢剂在工业上得到广泛使用。在20世纪60年代,天然聚合物由于其来源广,价钱低、又可被生物降解等一系列性能而得到迅猛发展。但是由于其在水处理应用中投放量大(约为50~200 mg/ L) ,在高温高压下不稳定易分解, 且杂质含量高, 故后来逐渐被新出现的大量合成阻垢剂所取代,早期的天然聚合物现已极少使用。 单宁存在于多种植物及果实(如五倍子)中,结构比较复杂,属多元酚类化合物,含有许多酚轻基和部分水解后所产生的梭基,并包括一些单体的混合物,分子量一般在 2,000 以上。大部分水解类单宁都含有没食子酸这种结构单元,各单元间以醋或贰键相连,即通过氧原子来连接。由于分子结构中有大量的氢基和羧基,因此能与多种金属离子 Fe2+、Ca2+、Mg2+等鳌合形成溶解度较大的鳌合物,阻止了水垢的析出。单宁的阻垢能力比淀粉强,冷却水中投加50ml/L单宁,阻垢率为 60%。单宁在钢材表面能与铁离子或氧化铁反应生成一种致密的保护膜,抑制碳钢的腐蚀。此外,单宁对硫酸盆还原菌还有一定的杀菌作用。 木质素是存在于植物纤维中的一种组成复杂的芳香族高分子化合物,具有与单宁相似的阻垢和分散作用。木质素是一种无定形的芳香族聚合物,有很强的活性,磺化木质素是由磺化后的结构单元组成, 结构单元上含有酚羟基和羧基。 木质素磺酸盐的分子结构中有磺酸基,它的溶解度较木质素大得多,分散碳酸钙的效果也比木质素好得多。在冷却水中投加 50m留L木质素,阻垢率为67%左右。它进一步水解可得到含有轻基、甲氧基、醛基和梭基的带苯环化合物,这些基团能与水中金属离子鳌合,又能吸附在晶粒表面,防止结晶长大。木质素磺酸盐的热稳定性好,甚至在 250℃下仍然保持良好的分散性能。但组成不稳定,性能有波动。 淀粉类物质是一种多轻基的高分子化合物,分子量高达百万,淀粉的外形呈颗粒状,其颗粒可分为两部分,外层的主要部分是淀粉胶,内部为淀粉糖。淀粉的来源非常广泛,主要来源于马铃薯、玉米等。淀粉可以看作是许多葡萄糖缩水而成, 水解可得到一系列中间产物, 但最后都能得到葡萄糖。由于分子中有大量轻基的存在,这些轻基对水中 Ca2+、Mg2+等离子会发生一定作用,抑制钙、镁等化合物晶体生长,因而具有一定的阻垢性能。其阻垢机理可能是发生络合增溶以及干扰晶体的正常生长。但淀粉的阻垢性能不强,当淀粉浓度为 50ml/L时,阻垢率仅为30%。对淀粉进行改性,制备成缓蚀阻垢剂是一个发展方向。 纤维素属于多糖类碳水化合物,纤维素是无色纤维状物质,纤维素分子呈直链形。其分子量为20,000~40,000。经羧甲基化改性后得羧甲纤维素(简称CMC),结构中的 CH2OH 基团变成CH2-OCH2COONa作为分散剂使用,同时也是一种缓蚀剂和絮凝剂。 腐植酸是古代植物残骸,是经过微生物的分解和转化,以及地球化学的一系列过程造成和累积起来的一类有机物质,广泛存在于泥炭、褐煤和风化煤中。由于其富含羧基、羟基等有机基团, 具有离子交换、吸附、络合等性质及良好的分散性,且能有效地分散金属氧化物,在金属表面形成化学性质稳定的保护膜,表现出良好的阻垢性能。腐植酸钠是复杂的高分子羧酸盐混合物,可抑制碳酸钙晶体的生长发育。 壳聚糖是一种线性分子,其基本组成单元为D-葡糖胺,在酸性介质中溶解后,随着氨基的质子化,表现出弱阳离子絮凝剂的性质。同时分子中含有大量的氨基、羟基以及乙酰基,性质较活泼,可修饰、活化和偶联,因此壳聚糖及其衍生物具备了絮凝剂和吸附剂的特性,也是目前唯一发现在生物界中大量存在的一种碱性多糖。 目前循环冷却水系统中常用的阻垢剂有: 聚丙烯酸类、膦酸类、膦羧酸类和有机磷酸脂类等。阻垢剂的阻垢机理比较复杂, 随着沉淀过程动力学,成垢预测模型和各种阻垢技术的大量研究, 使成垢机理的研究和结垢的控制有了很大的进展。一般认为成垢物质和溶液之间存在着动态平衡, 阻垢剂能够吸附到成垢物质上, 并影响垢的生长和溶解的动态平衡。 阻垢剂的阻垢机理。 主要有以下几种: 碳酸钙微晶成长时按照一定的晶格排列, 结晶致密而坚硬。加入阻垢剂后, 阻垢剂吸附在晶体上并掺杂在晶格的点阵中, 对无机垢的结晶形成了干扰, 使晶体发生畸变, 或使大晶体内部的应力增大, 从而使晶体易于破裂, 阻碍了垢的生长。 络合增溶作用是阻垢剂在水中能够与钙镁离子形成稳定的可溶性螯合物, 将更多的钙镁离子稳定在水中, 从而增大了钙镁盐的溶解度, 抑制了垢的沉积。 阴离子型阻垢剂, 在水中解离生成的阴离子在与碳酸钙微晶碰撞时,会发生物理化学吸附现象, 使微晶粒的表面形成双电层,使之带负电。因阻垢剂的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶,静电斥力可阻止微晶相互碰撞,从而避免了大晶体的形成。在吸附产物碰到其它阻垢剂分子时, 将已吸附的晶体转移过去,出现晶粒均匀分散现象,从而阻碍了晶粒间和晶粒与金属表面的碰撞, 减少了溶液中的晶核数,将碳酸钙稳定在溶液中。 聚丙烯酸类阻垢剂能在金属传热面上形成一种与无机晶体颗粒共同沉淀的膜,当这种膜增加到一定厚度后,在传热面上破裂,并带一定大小的垢层离开传热面。由于这种膜的不断形成和破裂,使垢层的生长受到抑制。 化工生产过程经常接触酸、碱、盐、有机溶剂等强腐蚀性介质,因此腐蚀与化工生产总是相伴而生的。特别是现代化工业的发展,它要求生产过程在高温、高压、连续操作条件下运行。在这样苛刻的工况条件下,一旦设备出现腐蚀破坏,整个装置就将被迫停车,造成严重的经济损失。腐蚀一方面要消耗大量的金属材料(也包括非金属材料),据统计,因腐蚀每年有30%的钢铁遭受腐蚀,10%的钢铁将全部变为无用的铁锈。而且,由于腐蚀产物和污垢的形成,导致锅炉、换热器的传热效率降低,消耗大量能源。 仅锅炉结垢, 降低传热效率一项, 我国每年就要多消耗1750万吨标准煤,它相当于全国煤炭行业两年的增加产量。另外,应力腐蚀、氢脆、孔蚀等局部腐蚀破坏的发生难以预测,容易引起化工设备的爆炸、火灾等突发性的灾难事故,危及职工的人身安全。 金属腐蚀原理如下: ① 酸性溶液中的腐蚀(以钢铁材料为例): 阳极反应: Fe→Fe2++2e 阴极反应: 2H+ + 2e→H2 表现为阳极金属溶解和阴极析氢反应。