复合阻垢剂PAA_HPMA阻碳酸钙垢性能的试验研究

1、 24 ZHEJ IANG EL ECTRIC POWER 2009 年第 6 期复合阻垢剂 PAA -HPMA 阻碳酸钙垢性能的试验研究周臣 1 , 曾建平 2( 1. 浙江省电力试验研究院 , 杭州 310014 ; 2. 盐城工学院 , 江苏 盐城 224003)摘要 : 聚丙烯酸 ( 简称 PAA) 水解聚马来酸酐 ( 简称 HPMA) 是一种新型的复合阻垢剂 , 具有阻垢效果佳 、热稳定性好等优点 。运用静态阻垢法 , 通过改变 PAA 和 HPMA 的用量 、恒温浓缩时间 、恒温浓缩温度和 p H 值等因素 ,研究了这些因素对 PAA - HPMA 阻碳酸钙垢性能的影响 。试验结果

2、表明 : 当PAA 和 HPMA 的用量分别为 2. 4 mL 和 3. 6 mL , 恒温浓缩温度在 80 ,时 , 对碳酸钙垢的阻垢性能最佳 。关键词 : 聚丙烯酸 ; 水解聚马来酸酐 ; 络合滴定法恒温浓缩时间为 10 h 和 p H = 7中图分类号 : X703. 5文献标识码 : A文章编号 : 1007 - 1881 ( 2009) 06 - 0024 - 03Research on Scale InhibitiveProperties ofPAA - HPMA for Calcium CarbonateZ HOU Chen 1 , Z EN G J ian -pi ng 2(

3、1. Zhejiang Electric Power Test and Research Institute , Hangzhou 310014 , Chi na ;Yancheng Institute of Technology , Yancheng Jiangsu 224003 , Chi na)2.Abstract : Polyacrylic acid (abbreviated as PAA)hydrolyzed polymaleic anhydride (abbreviated as HPMA)-is aUs2ki nd of new mi xed scale i nhibitor.I

4、t has good scale i nhibitive effect and the advantages of good thermal stability.i ng static anti-scale method , by changi ng the amount of PAA and HPMA , constant te mperature enrichment ti me ,constant te mperature concentration te mperature and p H value etc , scale i nhibitive properties of PAA

5、- HPMA for cal2cium carbonate were studied.Experi mental results show: when the amount of PAA and HPMA is 2. 4 mL and 3. 6mL , respectively , constant te mperature concentration te mperature is 80 , and constant te mperature enrichment ti meis 10 h and p H = 7 , the scale i nhibitive properties of P

6、AA -HPMA for calcium carbonate is the best.Key words : polyacrylic acid ; hydrolyzed polymaleic anhydride ; complexometric titration聚丙烯酸 ( PAA) 是一种性能优良的阻垢分散剂 , 广泛应用于循环冷却水 、油田注水和锅炉水 处理 , 具有良好的抑制水垢生成和剥离老垢作用 。无毒 , 易溶于水 , 可在碱性和中等浓缩倍数条 件 下 运 行 而 不 结 垢 1 - 2 。水 解 聚 马 来 酸 酐 ( HPMA) 是一种棕黄色的透明液体 , 与带有羟基 或磺酸基

7、的聚合物一样 , 溶于水后能离解成氢离子和酸根阴离子等带有大量电荷的链状离子 。单 一阻垢剂存在用量大和部分难降解等缺点 3 。本试验以江苏通榆河水样 、大星河水样以及 浙江宁海电厂海水为补充水样 , 研究 PAA - HP2MA 在不同条件下阻碳酸钙垢的情况 , 以找出PAA - HPMA 有最佳阻垢效果时的工艺条件 。1 实验方法1. 1 实验原理采用静态阻垢法 4 , 以江苏通榆河水 、大星 河水以及浙江宁海电厂海水为补充水样 , 添加一 定浓度的阻垢剂储备液 , 在一定温度下浓缩一段 时间后 , 转移到容量瓶中恒温静置一定时间 。运用络合滴定法测各水样实验前后 Ca 2 + 浓度的变

8、化 , 计算该阻垢剂的阻垢率 () , 从而评定该水 处理药剂对阻 CaCO 3 垢的性能 。阻垢率的计算公 式为 := ( V2 - V0) / ( V1 - V0) ×100 %( 1)式中 : V2 为水样中加阻垢剂时 , 实验后滴定所2009 年第 6 期25 浙 江 电 力消耗的 ED TA 标准溶液的体积 ,mL ; V0 为水样被吸附在水垢晶体表面 , 使之不能正常生成而发生畸变 , 从而阻止垢的生成 。另外 , 复合阻垢剂 对水中沉淀物有较强分散作用 , 可与钙 、镁离子 形成络合物 , 混入无机盐晶格内 , 使沉淀物流态 化 。因此 , 当聚合物用量达到一定量且完全

9、可与钙 、镁离子螯合后 , 阻垢性能就基本保持不变 了 。中无阻垢剂时 , 实验后滴定所消耗的 ED TA 标准溶 液 的 体 积 , mL ; V1 为 滴 定 总 钙 时 所 消 耗 的 ED TA 标准溶液的体积 , 即实验前水样的 Ca 2 + 浓 度乘以浓缩倍数的积 , mL 。1. 2 实验仪器和药品实验仪器为锥形烧瓶 、酸试滴定管 、恒温水 浴锅 ( 江苏省金坛市医疗仪器厂) 、带刻度的烧 杯 、移液管 、量筒等 。实验药品为 PAA 储备液 ( 2 g/ L) ,HPMA 储备液 ( 2 g/ L) 、钙试剂 ( 分析纯 ,天津市大茂化学试剂厂) 、碳酸钙和 ED TA( 分析

10、纯 , 上海焱晨化工实业有限公司) 。2 结果与讨论2. 1 PAA 和 HPMA 的用量对阻垢率的影响取 500 mL 通榆河水样 , 根据现场常用的单图 1 PAA 和 HPMA 的用量对阻 CaCO3 垢的影响一聚羧酸类阻垢剂使用浓度 15 mg/ L ,加入一定量的 PAA 和 HPMA 阻垢剂储备液 。将烧杯放入已加热至 50 的恒温水浴锅中蒸发浓缩 , 温 度升至 80 时开始记时 。蒸发过程中及时对水浴锅补水 , 当试液蒸发浓缩至 250 mL 刻度线时 取出烧杯 。将试液移至 250 mL 的容量瓶中 , 由 于试液受热体积膨胀 , 液面应高出刻度线一定的 高度 , 试液不足时

11、 , 应用去离子水补足并摇匀 ,加盖继续放入 80 的恒温水浴锅中 , 从 p H 为 7时开始计时 , 恒温 8 h , 与此同时要进行空白实 验 。大星河水和浙江宁海电厂海水水样的阻碳酸 垢实验过程同通榆河水样 。参考相关文献资料 , 此次试验组选取 7 组 PAA 和 HPMA 试样 , 体积 分别为 : 1. 0 ml , 3. 0 ml ; 1. 0 ml , 2. 0 ml ; 1. 6ml , 2. 4 ml ; 2. 0 ml , 3. 0 ml ; 2. 4 ml , 3. 6 ml ;2. 8 ml , 4. 2 ml ; 3. 0 ml , 2. 0 ml ; 实验结果见

12、图1。由图 1 可以看出 , PAA 和 HPMA 的用量不 同 , 复 合 阻 垢 剂 阻 垢 率 也 不 相 同 。当 PAA 与HPMA 的用量为 2. 4 mL、3. 6 mL 时 , 阻垢率最 大 , 通榆河水中阻垢率为 87. 74 % , 大星河水中 阻 垢 率 为 89. 34 % , 天 然 海 水 中 阻 垢 率 为81. 34 % 。这是因为起阻垢作用的是聚合物负离 子 , 可以与水中的钙 、镁离子螯合 , 都有活性基团羧基官能团 ( COOH) , 在水垢生成过程中它2. 2 恒温浓缩时间对 PAA - HPMA 阻垢率的影响按照上述 2. 1 的实验步骤 , 对加入了

13、复合阻 垢剂的 3 种补充水样进行恒温浓缩 。复合阻垢中PAA 和 HPMA 的 用 量 为 2. 4 mL 和 3. 6 mL ,p H为 7 , 恒温温度为 80 。从记时开始 , 恒温静置时间为 812 h。各水样实验结果见图 2。图 2 恒温浓缩时间对 PAA 和 HPMA 阻 CaCO3 垢的影响从 图 2 得 知 , 当 恒 温 静 置 时 间 为 8 10 h时 , 阻垢率随着时间的推移而增大 ; 当恒温静置 时间在 10 h 以后 , 其阻垢效果又呈下降趋势 。 分析认为 , 这是因为在一定恒温静置时间之前 , 阻垢剂吸附和分散大量钙 、镁离子的能力越来越 强 , 也就是阻垢率

14、越来越大 ; 浓缩时间超过 10 h后 , 溶液中的自由钙 、镁离子的数量逐渐减少 ,© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 26 周臣 , 等 : 复合阻垢剂 PAA - HPMA 阻碳酸钙垢性能的试验研究2009 年第 6 期导致阻垢剂对钙 、镁离子的络合平衡向左移动 ,即阻垢剂的阻垢率又降低 。因此当浓缩时间为10 h 时 , PAA - HPMA 复合阻垢剂的阻垢效果最 佳 , 故在以后的实验中 , 可以将 10 h 恒温浓缩 时间作为一个基准条件

15、来研究其他条件对该复合阻垢剂阻垢效果的影响 。2. 3 浓缩温度对 PAA - HPMA 阻垢率的影响实 验 中 控 制 水 样 恒 温 浓 缩 温 度 为 65 85 , 其他实验条件同上 , 得出各水样浓缩温度 对 PAA - HPMA 阻垢率的影响程度见图 3。从图 4 中可看出 , 在循环冷却水中 , PAA -HPMA 的阻垢率随着水样初始 p H 值的升高而增 大 。p H 值为 7 8 时阻垢效果最佳 , 随着 p H 值的继续升高 ,阻垢率又开始下降 。因为 p H 值增大 , 水中的阴离子增多 , 在与碳酸钙微晶碰撞时会发生物理化学吸附现象 , 使得微晶表面形成双 电层 ,

16、从而带上负电荷 。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 。碳酸钙的稳定性 增加 , 所以阻垢率降低 。3 结论复合阻垢剂 PAA - HPMA 对碳酸钙垢和磷酸 钙垢都具有良好的阻垢性能 。阻垢剂储备液之间 的用量 、浓缩温度和恒温静置时间以及水样的初 始 p H 值对阻垢效果都有一定的影响 。当 PAA 和 HPMA 储备液的用量分别为

17、 2. 4 mL、3. 6 mL , 恒图 3 浓缩温度对 PAA - HPMA 阻 CaCO3 垢的影响由图 3 可知 , PAA - HPMA 的阻垢率随温度的升高而不断升高 , 当温度达到 80 左右时 , 复合阻垢剂的阻垢效果最佳 。此后 , 随着溶液温 度的继续升高 , 阻垢率呈递减趋势 , 原因是溶液 温度升高 , 不仅使 HCO3- 受热分解生成 CO3 2 - ; 而温温度为 80 , 恒温静置时间为 10 h 时 ,p H 值为 7 - 8 时 , 复合阻垢剂 PAA - HPMA 的阻 CaCO 3垢性能最佳 , 阻垢率为87. 74 % 。参考文献 :+且也加快了 Ca

18、2 与 CO3 2 - 传质速度与粒子碰撞 ,促进了 CaCO 3 的生成 , 说明在高温下 HPMA - PAA 的阻垢性能较差 。1郑邦乾 , 朱清泉 . 水溶性共聚物水质稳定剂J .水处理 , 1990 , 10 (2) :18 - 21.工业2李国希 , 喻献国 , 胡金丰 , 等 . 一种适合于磷系和弱碱性水处理系统的聚合物阻垢剂 J .2003 , 30 (3) :28 - 30.湖南大 学 学 报 ,2. 4p H值对 PAA -HPMA 阻垢性能的影响实验中控制水样的初始 p H 值从 5 到 9 变3Buentello Kri sti n E. Method for controlli ng scale formationand deposition i n aqueous systemsP. USA , 2003 ,21 ,1204. 曾建平 , 王风云 , 夏明珠 , 等 . 聚丙烯酸阻垢性能的评 定 静态阻垢法J .化工时刊 . 2006 , 20 (4) :15 - 17. 常 青 . 共聚物类阻垢剂的研制进展J .工业水处理