精细化学品化学作业ch12

1、水资源 全球总贮水量估计为 13.9 亿立方千米, 其中海洋就占 97.2, 而淡水总量仅为 0.36 亿立方千米, 除冰川和冰帽之外, 可利用的淡水总量不足世界总贮水量的 1。这部分淡水与人类的关系最密切, 并且具有经济利用价值, 虽然在较长时间内可以保持平衡, 但在一定时间、空间范围内, 其数量却是有限的, 并非取之不尽并非取之不尽, 用之不竭。用之不竭。水危机1.水的危机 水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉。在3月18日，联合国发出警告，除非各国政府采取有力措施。到2025年，世界上就将有近1/3的人口(23亿人)无法获得安全的饮用水，其主要原因是这些地区的水资源短缺。 目前，随着人类

2、生产的发展和生活水平的提高，用水量以每年接近5%的速度递增，照此下去，每15年用水总量就翻一番，在2030年以前，地球上将有1/3以上的人面临淡水资源危机。水危机产生的原因 (1) 自然条件的影响 (2) 城市与工业区集中发展 (3) 水体污染破坏了有限的水资源 (4) 用水浪费(1) 自然条件的影响 淡水在地球上的分布极不均匀, 而且受气候变化的影响, 所以许多国家和地区用水甚缺。 例如我国华北和西北处于干旱或半干旱气候区, 季节性缺水很严重；北非和南撒哈拉地区、阿拉伯半岛、伊朗南部、巴基斯坦和西印度是年降雨长期平均变化最大的区域, 其变化的幅度超过40, 美国西南部、墨西哥西北部、非洲西南

3、部、巴西最东端以及智利部分地区也是如此。(2) 城市与工业区集中发展 用水量的增加表现在三个方面: 公共用水、工业用水、农业用水。 公共用水仅占很小比例(全球56） 在工业用水中, 主要是能源部门、冶金工业、化学工业等部门的冷却用水量, 如在热电厂, 每生产1000千瓦时电, 需用水200500立方米; 农业用水的消耗主要是灌溉用水(3) 水体污染破坏了有限的水资源 这是造成水危机的重要原因之一(4) 用水浪费 城市生活用水浪费最大的是管网和卫生设备的漏水。据估计北京市漏水量占总用水量的1040, 最严重住宅区可达70。 占工业用水的70的工业冷却水必须采用循环冷却水处理技术我国水资源的危机

4、中国水资源总量为28万亿立方米，居世界第4位，次于加拿大、巴西和俄罗斯，略多于美国和印尼，占世界水资源总量的7%，但中国人均水资源2304m3/人，处于缺水上下限(30001000 m3/人)的中值，在世界银行近年做连续资源统计的13个国家中居第82位，只有世界平均水平的31%，属于水资源紧缺的国家(以上均按1998/99世界银行年度报告最新统计)中国的水资源分布很不均匀： 北方人均水资源仅为995.4立方米/人，属于严重缺水，并由于水污染和水土流失使情况更为恶化；南方人均水资源量虽然超过人均3000立方米/人的缺水上限，但由于分布不均(如上海仅为185立方米/人)和污染严重，使得工业、农业和

5、人民生活将得不到按现模式发展的足够水资源供应。节 水（1）节约用水 农业用水占工农业和生活用水的75%左右，节水工作应以农业节水灌溉为重点。目前我国的万元工业产值耗水量一般是发达国家的1020倍，个别行业达45倍；我国每公斤粮食的耗水量是发达国家的23倍；我国城市人均耗水量已接近发达国家的中等水平。（2）提高水的重复利用率 提高水的重复利用率指工业生产的循环用水。目前我国工业生产用水的重复利用率约为40%，远低于发达国家75%85%的水平。（3）污水资源化 污水资源化指通过污水处理提高水的类别，从而使该排放掉的污水分别达到生态、农业、工业或生活用水的标准，使其资源化，是跨类别的广义重复利用。水

6、工业（1）水工业企业 水工业企业将给水排水有机地统一起来。水是一种可再生资源，取水是对自然资源水的加工活动；排水是对废水进行处理的工业活动不可偏废任何一方。（2）水工业制造业 水工业制造业是由生产给水排水行业所需的机电、化工、生物、冶金、材料以及电子等技术装备产品的工业部门无形中组成的工业系统，它是给排水事业的支柱工业，必须与给排水事业同步发展。（3）水工业高新技术产业 科技进步可以有效地为水工业可持续发展提供可靠的依据和手段，促进水工业管理水平的提高，并提高水资源综合利用效率和经济效益，提供保护水资源和生态环境的有效手段。12.1 概述概述12.2 各类水处理剂各类水处理剂一一.阻垢剂阻垢剂

7、二二.缓蚀剂缓蚀剂三三.絮凝剂絮凝剂四四.杀菌灭藻剂杀菌灭藻剂12.3我国水处理剂发展方向我国水处理剂发展方向目录目录一一.水处理的意义水处理的意义水处理具有两个方面的作用：一方面是净化改善水质，使之适应需要；另一方面是加入处理药剂以保护用水设备免受水质污染。12.1 概述概述水处理方法的分类按学科分类根据水的来源分类按处理工艺分类水处理剂指为了除去水中的大部分有害物质（如腐蚀物、金属离子、污垢及微生物等），得到符合要求的民用或工业用水而在水处理过程中添加的化学试剂。二二.水处理剂的概念水处理剂的概念三三.水处理剂的法规要求水处理剂的法规要求1.环保要求2.安全性要求3.其它性能要求一一.阻垢

8、剂阻垢剂1.概念：能够防止水垢和污垢产生或抑制其沉积生长的化学试剂，包括阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂。12.2 各类水处理剂各类水处理剂2.水垢形成机理和阻垢作用机理水垢形成机理和阻垢作用机理（1）.水垢形成机理水垢形成机理(2)防止水垢形成采用的方法防止水垢形成采用的方法防止生成晶核或临界晶核防止晶核生长分散晶核各种水系统中都溶解有各种盐类，在稀溶液中它们呈离子、螯合物或单分子状态存在；在过饱和溶液中，就会生成晶核，晶核生长可得到沉淀物。（3）.阻垢剂的阻垢作用阻垢剂的阻垢作用阻垢剂与水中的金属离子形成可溶性的稳定配合物，从而避免了金属离子与阴离子结合为垢类物质。用阴离子或非离子型聚合物把形成垢的

9、悬浮颗粒包围起来，使之带有足够的相同电荷，通过静电作用，使颗粒间相互排斥，从而降低粘结能力，使成垢颗粒稳定在分散状态。阻垢剂掺杂在已形成的晶体结构中，使规则的晶体结构发生畸变，晶体颗粒不在固体表面成垢，而悬浮在流动水中。3.阻垢剂种类阻垢剂种类 膦酸盐 无机缩合磷酸盐 有机膦酸盐 膦酸酯 合成高分子电解质 天然高分子电解质 螯合物型阻垢剂阻垢剂非磷酸盐系非磷酸盐系磷酸盐系磷酸盐系 聚合物型（同时具有阻垢和缓蚀作用）（阻垢分散剂）4. 磷酸盐系阻垢剂磷酸盐系阻垢剂（1）磷酸盐作用原理：磷酸盐与水中的硬度成分反应，使硬度成分变成悬浮沉淀物，同时，碱调节剂和镁的硬度组分反应，形成悬浮物。常用物质：磷

10、酸三钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠。（2）无机缩合磷酸盐）无机缩合磷酸盐无机缩合磷酸盐作用原理：在水中离解成带磷酸根基的高价阴离子，这些阴离子强烈地吸附在碳酸钙等盐类的晶体表面，使晶体的晶格歪曲。磷酸根的高价阴离子把水中小晶粒包围起来，互相排斥起分散作用。任何两个相邻的磷酸根离子均会与两价的碱土金属离子形成螯合物，使成垢离子浓度降低。常用物质：聚磷酸盐 聚偏磷酸盐（3）有机膦酸盐）有机膦酸盐作用机理：在水中与成垢离子形成稳定的螯合物。在水中与已形成碳酸钙晶体中的钙形成稳定螯合物。在水中形成的螯合物包围碳酸钙小晶粒，使晶粒不能进一步长大。破坏碳酸钙晶体，使晶格发生畸变。常用物质：羟基亚乙基二磷酸盐（

11、HEDP）； 乙二胺四亚甲基膦酸盐（）等。.聚合物型阻垢剂聚合物型阻垢剂（阻垢分散剂）（阻垢分散剂）是水溶性聚合物，加入水中对固体微粒具有较好分散性能。包括合成高分子聚合物和天然高分子聚合物。（）天然高分子聚合物木质素淀粉丹宁（）合成高分子聚合物（）合成高分子聚合物均聚物（聚丙烯酸（钠）PAA，聚甲基丙烯酸PMAA）阴离子型二元共聚物（丙烯酸/马来酸共聚物，PAA富马酸/烯丙基磺酸共聚物FA-PSA）多元共聚物（丙烯酸/丙烯酸甲酯/丙烯酰胺共聚物）非离子型均聚物 （聚丙烯酰胺PAM，部分水解的聚丙烯酰胺）阳离子型均聚加成物（聚马来酸乙醇胺加成物）阻垢剂研究动态阻垢剂研究动态（）非交联无规共聚物

12、阻垢分散剂（）非交联无规共聚物阻垢分散剂（）氧化淀粉型阻垢剂（）氧化淀粉型阻垢剂主要以丙烯酸和，烯烃不饱和酯共聚而成，对水中的磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐、等具有良好的抑垢及沉积能力，无毒，可用于各种水系统。由氧化多糖和含羧基的丙烯酸聚合物或马来酸聚合物水解复合的阻垢剂。在高温条件下，对防止水垢有极为显著的功效。（）共聚物与有机膦化合物阻垢剂（）共聚物与有机膦化合物阻垢剂（）羧酸、磺酸、季铵三元共聚物（）羧酸、磺酸、季铵三元共聚物复配型阻垢剂，适用于工业加热系统和冷却 水系统。共聚物为马来酸（或马来酸酐)和乙烯磺酸(或其盐的水溶液)的共聚产物;有机膦化合物为氨基三亚甲基膦酸或羟基亚乙基二膦酸。可用于

13、冷却水、锅炉水等各种水系统，可防止多种沉淀的产生。（）亚烷基膦酸阻垢剂（）亚烷基膦酸阻垢剂（6）多极性有机化合物和硼化物）多极性有机化合物和硼化物防止金属离子沉淀，可复配使用，大大提高阻垢效果。复配型阻垢剂，能有效抑制无定形硅垢的形成。（7）共聚物、膦酸盐和胺基羧酸盐）共聚物、膦酸盐和胺基羧酸盐（）膦羧酸和聚合膦羧酸（）膦羧酸和聚合膦羧酸复配型阻垢剂，适用于高温和高压水系统使用。其中，共聚物为马来酸与苯乙烯磺酸共聚，膦酸盐为水溶性氨基磷酸盐。复配型阻垢剂，适用于各种水系统。可抑制各种水垢和沉积物形成，对硫酸钙垢抑制特别有效。二二.缓蚀剂缓蚀剂概念：添加到水溶液介质中能抑制或降低金属和合金腐蚀速

14、度，改变金属和合金腐蚀电极过程的一类添加剂。缓蚀机理（1）将水由酸性调为中性或碱性-有机胺类（2）在与水接触的金属表面上形成一层或薄或厚的膜，将金属表面与水环境隔离，从而达到目的。分类（按成膜机理）缓蚀类型缓蚀类型缓蚀剂缓蚀剂保护膜特征保护膜特征钝化膜型（氧化膜型）钝化膜型（氧化膜型）铬酸盐、亚硝酸铬酸盐、亚硝酸钠、钼酸盐、钨钠、钼酸盐、钨酸盐等酸盐等致密、膜较薄与金致密、膜较薄与金属结合紧密，缓蚀属结合紧密，缓蚀性能好性能好沉淀膜型沉淀膜型水中离子型水中离子型聚磷酸盐、锌盐聚磷酸盐、锌盐多孔、膜厚、与金多孔、膜厚、与金属结合不紧密属结合不紧密金属离子型金属离子型巯基苯骈噻唑巯基苯骈噻唑苯骈三

15、氮唑苯骈三氮唑较致密、膜较薄较致密、膜较薄吸附膜型吸附膜型有机胺、硫醇类、有机胺、硫醇类、表面活性剂、木表面活性剂、木质素等质素等在非清洁表面吸附在非清洁表面吸附差差.无机缓蚀剂无机缓蚀剂（1）铬酸盐）铬酸盐成膜类型：钝化膜。常用的铬酸盐：重铬酸钠、重铬酸钾、铬酸钠、铬酸钾等。优缺点：具有效率高、对不同水质适应性强，没有细菌繁殖、价格低；但毒性很大，易对环境造成严重污染。铬酸钠（铬酸钠（Na2CrO4.4H2O）的生产工艺）的生产工艺（2）钼酸盐）钼酸盐成膜类型：钝化膜优缺点：氧化性低于铬酸盐，但价格较高。使用方法：采用复配形式以较高含量的钼酸盐为基础，同时含有较低浓度的有机磷酸盐；利用低浓度

16、钼酸盐，同时使用有机磷酸盐或锌盐。（3）钨钨酸盐酸盐成膜类型：钝化膜优点：钨酸盐水处理剂无毒无公害，开发前景广阔。有机缓蚀剂有机缓蚀剂主要用于锅炉水处理、油田注水或污水回用及酸性介质中材料与设备的保护。使用的有机缓蚀剂主要为有机胺类。缓蚀剂研究动态缓蚀剂研究动态（）国内外缓蚀剂的理论研究（）国内外缓蚀剂的理论研究缓蚀作用机理在缓蚀系统中电化学测试技术和方法用于局部腐蚀的缓蚀剂油气工业的缓蚀作用处理技术不同介质及状态下的腐蚀与缓蚀作用不同领域缓蚀剂的应用其它性能对缓蚀性能的影响（2）.缓蚀剂的开发缓蚀剂的开发高效、廉价的新型缓蚀剂（主要是有机缓蚀剂）的开发。与目前广泛使用的缓蚀剂能产生协同效应的

17、药剂开发。缓蚀与阻垢等多功能兼有的综合药剂的开发。（3）.配方研究配方研究全有机配方锌盐和磷酸盐配方磷酸系配方丙烯酸-丙烯醚共聚物配方亚硝酸盐配方铝系配方丹柠酸配方硬水中稳定的缓蚀剂配方铜缓蚀剂配方三三.絮凝剂絮凝剂概念：在水处理过程中，凡是能使水溶液的溶质、胶体或悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质都叫絮凝剂或统称为混凝剂。絮凝过程：絮凝剂中和悬浮颗粒，絮凝剂的桥联作用使絮凝颗粒粗大化，形成絮状沉淀。分类：无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂。.无机絮凝剂无机絮凝剂（1）常用物质）常用物质名称适用PH值范围名称适用PH值范围名称适用PH值范围聚合硫酸铁（ PFS ）聚合氯化铁硫酸亚铁4.0114.0

18、118.011聚合氯化铝(PAC)聚合硫酸铝硫酸铝(AS)6.08.56.08.56.07.8硫酸铝钾6.08.0又称为聚铁或硫酸聚铁，有液体和固体两种形式。聚合硫酸铁聚合硫酸铁（ PFS)投药剂量低适应的水质条件较宽基本不用控制溶液的PH值絮凝速度快，矾花较大脱色、除重金属离子，降低水中的COD、BOD浓度和提高加氯杀菌效果等聚合硫酸铁聚合硫酸铁（ PFS)的特点的特点合成过程：含铝灰渣或明矾石 酸溶液反应 聚合沉降 液体聚合氯化铝 稀释过滤 浓缩结晶 固体干燥 产品包装盐酸盐酸聚合氯化铝聚合氯化铝(PAC)又称为聚铝或碱式氯化铝，为黄色固体或溶液。聚合氯化铝聚合氯化铝(PAC)的特点的特点

19、适用水质范围较宽；相对于硫酸铝而言，混凝效果随温度变化较小；形成絮体速度快，沉淀性能好，投加量较小；适宜PH值范围在59之间，过量投加一般不会出现胶体的再稳定现象；对设备的腐蚀作用小，对水质影响不大。（2）无机絮凝剂的使用特点）无机絮凝剂的使用特点无机絮凝剂有各自适用的PH值范围。为提高絮凝剂与悬浮物的接触次数，充分进行电荷中和反应，需要加强搅拌。一般在投加无机絮凝剂后，进行PH值的调整，是其充分反应后，再投加高分子絮凝剂。5.有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂（1）高分子絮凝剂应具备的条件具有水溶性应有吸附活性基在水中应有广泛的分布n由于氢键结合，静电结合、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力。n因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状，从而发挥吸附架桥作用把许多工作细小颗粒吸附后，缠结在一起。（2）有机高分子絮凝剂的作用原理阳离子型、阴离子型和非离子型。优点：与无机絮凝剂相比，有机絮凝剂用量少， PH值适用范围广，受环境因素影响小，处理效果好。（3）.有机高分子絮凝剂的种类和优点有机高分子絮凝剂的种类和优点有机高分子絮凝剂应用表有机高分子絮凝剂应用表类型适宜PH值值适用范围效果阳离子型在中性与酸性特别有效有机物胶体溶液提高脱水、过滤、澄清。阴离子型弱酸性至弱碱性无机物促进沉降过滤非离子型中性与碱性特别有效无机物、有机物促进沉降过滤阳离子型