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在制盐、海水淡化、石油开采、盐湖资源综合利用等工业化生产中经常遇到的问题就是硫酸钙垢,垢层的不断加厚,不仅影响传热效率,造成热能损失,使产量降低,还会增加生产成本和延长生产周期。因此研究一种有效合理的除硫酸钙垢的阻垢剂并用于工业化生产具有重大的意义。本论文合成的新型羧酸型聚合物阻垢剂不仅具有制备方法简单、成本低、用量少、功能全,具有比传统阻垢剂更优异的阻垢性能,且仅有碳、氢、氧、钠四种元素,不含对水环境造成二次污染的磷、氮、硫等元素,是一种绿色环保型高效阻垢剂。 本文以实验室前期自制的含双键的聚合物单体SXLC分别与市场羧酸物丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)在水相中聚合,制备出了含羧基的绿色环保型阻垢剂AA-SXLC和MAA-SXLC。用单因素法确定了AA-SXLC的最佳合成条件为:链引发剂用量为单体总质量的6%、引发剂用量为单体总质量的7%、反应温度为80℃、聚合时间为2h。 采用静态阻垢方法系统评价了共聚物阻垢剂AA-SXLC和MAA-SXLC对硫酸钙和碳酸钙的阻垢性能,结果表明:在c(Ca2+)=6.8g·L-1,c(SO42-)=7.1g·L-1,T=70℃,pH=9.0,t=6.0 h条件下,阻垢剂AA-SXLC和MAA-SXLC分别在用量为2mg·L-1和3mg·L-1时,阻硫酸钙垢就可达到82.9%和83.6%,与市场阻垢剂阻硫酸钙性能相当,且具有无磷无氮、绿色环保等优点,而AA-SXLC更具有很好的耐温和时效性,适合在高硬度高碱度和较宽pH范围内使用。在c(Ca2+)=240mg·L-1,c(HCO3-)=732 mg·L-1,pH=9.0,t=10.0 h的条件下,阻垢剂AA-SXLC比MAA-SXLC有更好的阻碳酸钙效果。在低温50℃的条件下,MAA-SXLC在浓度高达35mg·L-1时,对碳酸钙的阻垢效果仅为60.4%;而AA-SXLC在浓度大于15mg·L-1时,对碳酸钙的阻垢效果很好,可以达到90%以上;尽管AA-SXLC在高温80℃时阻碳酸钙垢效果较差,且剂量大,但在一定的温度、钙离子和碳酸根离子浓度范围内,阻垢性能比较稳定,且不会有钙凝胶生成。同时AA-SXLC和MAA-SXLC都具有良好的分散氧化铁性能,在c(Fe2+)=10mg·L-1,c(Ca2+)=150mg·L-1,pH=9.0,T=50℃,t=6.0 h条件下,含氧化铁溶液的透光率分别为21.7%和22.5%,但在达到相近分散效果的情况下,AA-SXLC用剂量更小,为2 mg·L-1,MAA-SXLC用量为4 mg·L-1。 通过测定溶液中钙离子浓度随时间的变化进行了硫酸钙晶体生长的动力学研究,结果表明阻垢剂的添加可以推迟钙垢的析出时间而使诱导期增长,沉积速率减慢,并维持较高的过饱和度,因此动力学研究可以用于阻硫酸钙垢性能的评定和优化。