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国内外阻垢剂研究进展

发布日期:2017-9-2

常规阻垢剂的3种阻垢机理:螯合作用、晶体畸变作用、凝聚与分散作用,综述了天然聚合物阻垢剂、含磷类聚合物阻垢剂、共聚物阻垢剂、绿色新型阻垢剂的性能及特点,重点对绿色新型阻垢剂的进展进行了探讨,并展望了阻垢剂的发展方向。
        随着工业化生产的迅速发展,水资源短缺和水质污染日益严重,已成为世界性的社会危机。在工业用水系统中,污垢的形成是除材料和设备腐蚀以外的第二大主要危害。我国水处理阻垢剂的研究开发于20世纪70年代(而国外早于30年代开始),经过了近40年的发展,经历了天然聚合物阻垢剂、含磷聚合物阻垢剂等。
        阻垢机理,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,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。阻垢剂的阻垢机理主要分为3种:螯合增溶、晶格畸变、凝聚与分散作用。
       螯合增溶作用,阻垢剂能与水中Ca2+、Mg2+ 等阳离子形成可溶性的螯合物,阻止与其成垢阴离子(如CO32-、PO43- 等)的接触,使得成垢的几率大大下降,提高了冷却水中Ca2+、Mg2+ 的允许浓度,相对来说就增大了钙、镁盐的溶解度。
      晶格畸变作用,无机盐(CaCO3或CaSO4)从水中析出形成垢的过程,结晶动力学观点认为,结垢的过程首先是产生晶核,形成少量的微晶粒,然后微晶粒在溶液中碰撞,且按一种特有的次序集合或排列,由微晶粒生长成大晶体而沉积。当有机磷酸或聚电解质加人水溶液中,由于它们对钙离子具有螯合能力,阻碍或干扰了无机盐微晶体正常生长,致使晶体不能按特有的次序排列,形成形状不规则的晶体,使晶体发生畸变。
        凝聚与分散作用,分散作用的结果是阻止成垢粒子间的相互接和凝聚,从而可以阻止垢的生长。成垢粒子可以是钙、镁离子,也可以是由千百个CaCO3和MgCO3分子组成的成垢颗粒,还可以是尘埃、泥沙或其他水不溶物。对于聚羧酸盐类聚合物阻垢剂,在水溶液中解离生成的阴离子在与CaCO3微晶碰撞时,会发生物理化学吸附现象,使微晶表面形成双电层。在吸附产物碰到其它聚羧酸盐离子时,会把已吸附的晶体转移过去,出现晶粒的均匀分散现象,从而阻碍晶粒间及晶粒与金属表面间的碰撞,减少溶液中的晶核数,进而将CaCO3稳定在水溶液中。
       阻垢剂的研究进展,近年来,国内外学者对阻垢剂进行了大量的研究工作,阻垢剂经历了天然阻垢剂、天然聚合物阻垢剂、含磷类聚合物阻垢剂、共聚物阻垢剂、绿色新型阻垢剂等多个阶段。阻垢剂能除去垢积阻止水垢形成,提高换热效率,减少电能或减少燃料的消耗;水处理还可减少排污,提高水的利用率,一般可节约60%以上,符合我国节能减排的新政策。今后主要研究方向:(1)对现有的阻垢剂近一步的完善,加强其合成研究,对其合成工艺进行优化,达到合成方法更简单,合成时间更短,耗费成本更低,能有效的应用到水处理过程中去的目标;(2)加入新的物质对现有阻垢剂进行复配改性,得到阻垢效率更高的产品;(3)响应国际号召,研制无磷或低磷等的副作用低的绿色阻垢剂。

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