论文部分内容阅读
工业循环冷却水系统最常遇到的问题是结垢,这不仅影响传热效率,造成热能损失,使产量降低,还会增加生产成本,延长生产周期。阻垢剂是能够防止无机垢产生或抑制其沉积生长的化学类试剂。因此研究一种有效合理的除无机垢的阻垢剂并用于工业化生产具有重大的意义。脂肪醇醚共聚物阻垢剂不仅具有制备方法简单、成本低、用量少、功能全,且具有比传统阻垢剂更优异的阻垢性能,不含对水环境造成二次污染的氮、硫等元素,是一种绿色环保型高效阻垢剂。本文合成了无磷和低磷两类多功能钙垢阻垢剂,并通过傅立叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)、核磁共振氢谱(1H Nuclear magnetic resonance,1H-NMR)和核磁共振磷谱(31P Nuclear magnetic resonance,31P-NMR)对合成的阻垢剂结构进行了表征,热重分析(Thermogravimetric Analysis, TGA)对它们的热稳定性能进行了测定。以脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)为原料,通过γ-丁内酯(GBL)法制备了醇醚羧酸盐(AEC),再以水为溶剂,过硫酸铵为引发剂,AEC和丙烯酸(AA)为单体,制备了无磷的醇醚羧酸盐共聚物分散阻垢剂LN-11并得到了最佳合成条件：AEC:AA的摩尔比为1：8,引发剂占AEC单体质量比为8%,聚合温度80℃,聚合时间1.5h。 FT-IR和1H-NMR证实了AEC和LN-11的结构。静态阻垢实验结果表明LN-11阻垢剂既有优良的阻磷酸钙、硫酸钙性能,又有良好的阻碳酸钙能力。LN-11阻垢剂用量6mg/L,温度80℃时,阻磷酸钙率100%,温度70。C时,用量4mg/L,阻硫酸钙率100%,温度80℃时,用量15mg/L,阻碳酸钙率90%,且垢层松软,易于去除。TGA结果表明,LN-11具有良好的热稳定性,静态阻垢实验结果也证明LN-11具有很好的耐温性,且适合高硬度、高碱度和较宽pH范围的水质。凝胶渗透色谱法(Gel permeation chromatography, GPC)对共聚物分子量及其分布的分析表明LN-11的重均分子量Mw在63000左右时有较好的阻垢效果。动力学研究表明LN-11具有良好的时效性,升高温度对加快硫酸钙晶体的成核速率有明显的作用。为与含磷阻垢剂进行阻垢性能的比较,以AE为原料,通过五氧化二磷酸化法合成醇醚磷酸酯(AEP),然后与丙烯酸(AA)通过水溶液共聚的方法制备出含磷酸酯基的醇醚共聚物阻垢分散剂LN-12。FT-IR、1H-NMR和31P-NMR证实了AEP和LN-12的结构,元素分析仪对AEC、AEP、LN-11和LN-12中C、H和O元素进行了定性和定量分析。静态阻垢实验测试表明LN-12的阻垢性能与LN-11相比要稍逊色,相同温度条件下,阻垢剂LN-12用量15mg/L,阻磷酸钙率才能达到99%,用量25mg/L,阻碳酸钙率才达92%,其阻硫酸钙能力与LN-11相当,但是LN-12在高Ca2+浓度、高温等水质下阻垢能力会有较大下降。LN-12和LN-11的都具有良好的分散氧化铁性能,在[Fe2+]=10mg/L,[Ca2+]=150mg/L, pH=9.0, T=50℃, t=6.0h条件下,含氧化铁溶液的透光率分别为15%和11%。将自制的两种阻垢剂与市场阻垢剂聚丙烯酸(PAA).多氨基多醚基甲叉膦酸(PAPEMP)、磷酰基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯(T-225)等进行阻垢性能的比较,结果表明LN-11具有多功能且优异的阻垢性能。扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、透射电镜(Transmission electron microscopy, TEM)对硫酸钙垢晶体的形貌观察表明加入LN-11和LN-12后,硫酸钙晶体的形貌发生了改变。