聚环氧琥珀酸多元阻垢分散性能的研究
聚环氧琥珀酸的合成方法改进及其阻垢性能研究
李 猛, 谢凤龙
( 内蒙古电力科学研究院, 内蒙古 呼和浩特 010020)
摘 要: 对聚环氧琥珀酸的新的合成方法进行了研究, 以氢氧化钠为引发剂, 突破了文献中常用氢 氧化钙或稀土的思路。并考察了聚环氧琥珀酸的阻碳酸钙垢的性能, 调控了影响聚环氧琥珀酸钠阻垢性 能的因素, 确定了最佳合成条件。
后的浓度 mg / L 。
1. 4 聚环氧琥珀酸分子量的测定
1. 4. 1 溶液的配置。称10. 5g 硫氰酸钠, 溶解后, 转
入100ml 容量瓶中, 加去离子水至刻度, 得到105g/ L
收稿日期: 2012- 05- 17 作者简介: 李猛( 1973—) , 男, 学士, 工程师, 现就职于内蒙古电力科学研究院经营发展处。
合成的反应式如下:
1. 2. 2 聚环氧琥珀酸样品提纯。取适量甲醇加入试
样内, 溶液变浑浊并伴有大量白色沉淀生成, 继续加
入盐酸将溶液的 pH 值调节至2. 5 附近, 出现大量白
色蜡状沉淀, 抽滤, 用酸化甲醇洗涤三次, 置于真空
干燥器箱中干燥。
1. 2. 3 阻垢性能的检测。称取聚环氧琥珀酸0. 082g 溶解于 250ml 容量瓶中, 移取 12. 5ml 上述容量瓶中 液体 于 500m l 烧杯 中, 配 置含 [ Ca2+ ] = 260mg / L 、 [ HCO3- ] = 520m g/ L 的试液500ml, 调节pH 为7. 5, 置于80℃水浴锅中恒温10h, 冷却至室温后, 过滤, 取 10ml 滤液, 加 40ml 去离子水, 5m l 200g / L 的 K O H
关键词: 聚环氧琥珀酸; 合成方法; 阻垢性能 中图分类号: T Q 085+ . 4 文献标识码: B 文章编号: 1006—7981( 2012) 16—0106—03
聚环氧琥珀酸合成及阻垢率测量方法改进
聚环氧琥珀酸合成及阻垢率测量方法改进李霞;吴怀之【摘要】聚环氧琥珀酸(PESA)是一种国际上公认的绿色阻垢剂.重点分析了反应体系pH值、温度和时间等PESA合成过程中的主要工艺参数对产品阻垢性能的影响.实验结果表明,环氧化过程pH值对中间体产率影响显著,聚合反应过程中体系的温度和反应时间存在关联性.将镁离子与铬黑T作为复合指示剂来指示阻垢率测量终点颜色变化,使滴定终点从紫红色到蓝色的跃迁明显,提高了滴定终点敏锐度.此方法具有较高的精密度和准确度,测定相对标准偏差RSD％＜1％,加标回收率在99.5％～100.5％之间.采用此方法对中试样品进行检测,在用量为2.0×10-5的情况下,其10h阻垢性能均在95％以上.%Polyepoxysuccinic acid (PESA) was a well-established green scale inhibitor. The focus was on the in-vestigation of the effect of the main process parameters such as pH in the synthetic system, temperature and time upon the scale inhibition performance of the resultant product. The findings show that the pH in the syn-thetic system affects significantly the intermediate yield in the epoxidation step, and that there exists a correla-tion between the operational temperature and time in the polymerization process. Using magnesium -eriochrome black T to indicate the changes of color, we made the transition very evident from amaranth to blue, and im-proved the sensitivity of retitrate end point. This method has the higher degree of accuracy and precision, makes the RSD(%)<1% and the standardized recovery was from 99. 5% to 100. 5%. The pilot-scale scale in hibtion performance of PESA at 10h on stream was invariably no less than 95%.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2013(044)001【总页数】4页(P103-106)【关键词】聚环氧琥珀酸;阻垢率;中试;复合指示剂【作者】李霞;吴怀之【作者单位】中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东青岛 266101;中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东青岛 266101【正文语种】中文【中图分类】TQ203.31 引言在化工系统中，循环水结垢是影响循环水循环倍率的重要限制性指标［1］。
科技成果——绿色阻垢分散剂聚环氧琥珀酸
科技成果——绿色阻垢分散剂聚环氧琥珀酸
成果简介
在工业循环水中需要使用大量的阻垢分散剂，主要目的是阻止结垢。
目前工业上主要使用有机酸聚合物（聚丙烯酸、聚马来酸、二元或三元共聚物等）。
实践证明，现在使用的有机酸聚合物的降解率很低，这些化合物最终将作为废物排放，对环境造成污染。
聚环氧琥珀酸（PESA）是一种绿色阻垢分散剂，无磷无氮、生物降解性能好并适用于高碱、高金属含量水系。
美国90年代初就开发了这种药剂。
日本及其他发达国家也相继对PESA及其衍生物进行了研究。
在我国该项目作为国家“十五”科技攻关项目于2002年立项。
聚环氧琥珀酸是我国国家经济贸易委员会制定的当前国家鼓励发展的节水设备（产品）之一。
技术原理
自1998年开始进行该项目的研究，目前已经具备了进行工业化生产的技术。
合成的工艺条件温和（<100℃，1大气压），工艺路线短。
整个生产工艺中无任何污染物产生。
该产品可以取代工业循环水领域正在使用的聚丙烯酸、聚马来酸、二元或三元共聚物等。
特别适合于需要同膦酸酯、有机磷酸等含磷缓蚀剂进行复配。
例如海上石油、天然气开采、工业循环水等。
成果水平
国际先进水平，已经申请了国家发明专利。
技术转化条件
主要设备：搪瓷釜、加料罐、储罐、泵等。
建设1200吨（30%固含量）的生产装置，主要设备投资40万元。
此外还需要蒸汽（4kg 压力）、循环冷却水。
市场前景
按每吨（30%固含量）产品计，原料成本2150元/吨。
综合成本3400元/吨。
预计售价7000元/吨，利税3600元/吨。
聚环氧琥珀酸的合成及其相对分子质量与阻垢性能的关系
聚环氧琥珀酸的合成及其相对分子质量与阻垢性能的关系
聚环氧琥珀酸（polyoxyethylene-tetrahydrofuran-carboxylic acid，PTHF）是一种具有优良阻垢性能的矿物油表面活性剂，可用于清洗各种表面，如金属、瓷砖等。
它的分子式为C6H12O3，相对分子质量为128.16 g/mol。
PTHF的合成过程为：1. 将环氧乙烷（EO）与琥珀酸（TCA）在80~90℃下混合反应；2. 用碱将反应物失去一个氢原子而形成环氧乙酸；3. 通过加热使环氧乙酸与琥珀酸重新结合起来，形成聚环氧琥珀酸。
PTHF的相对分子质量与阻垢性能之间存在一定的关系，即相对分子质量越大，其阻垢性能越强。
因此，在选择PTHF时，应根据需要的阻垢性能来选择相应的相对分子质量。
绿色水处理剂聚环氧琥珀酸的研究进展
Ｋｅ ｒ ｓ：ｏｙ ｐ ｘ ｓ ｃ ｉ ｉ ａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ｐ ｌｅ ｏ ｙｕ ｃｎｃ ｃｄ；ｓａｅｉ ｈｂｔ ｎ；ｃ ｒｏ ｉｎ ｉｈｂｔ ｎ ｃ ｎ ｉｉ ｏ ｌ ｉ ｏｒ ｓ ｎ ｉｉｏ ｏ ｉ
在世 纪之 交 ，世界 化学 和化 工 学科 的发 展方 向
剂 ： 一氧 杂环丙 烷 一 ｏ ｙ ｃｌｐｎ 一
（ 连理 工大 学 化学 系 ， 宁 大连 １６ ２ ） 大 辽 １ ０ ３
［ 要 】２ 纪 ９ 摘 ０世 ０年 代 开发 出 的 绿 色 水处 理剂 聚环 氧 琥 珀 酸 ， 有 无磷 非 氮 结 构 和可 生 物 降 解 等 性 质 ， 且 兼 具 并 具有 缓蚀 和 阻垢 双 重 功 效 ， 以 有 效 地 应 用 于 高 碱 高 硬 度 水 处 理 过 程 ， 为 目前 国 内外 研 究 的热 点 。 对 聚 环 氧 琥 珀 可 成 酸 的发 展 情 况 及 国 内外 的研 究 现 状 、 同 的合 成 方 法 以及 相 应 的 优 缺 点 、 环 氧 琥 珀 酸 在 阻 垢 和 缓 蚀 以 及 协 同方 面 不 聚 的性 能进 行 了详 细 的综 述 ， 出 了 目前 研 究 中存 在 的一 些 有 待 解 决 的 问 题 ， 时 对 聚 环 氧 琥 珀 酸 未 来 的 发 展 提 出 了 指 同 相应 的建 议 。 ［ 键 词 ］聚 环氧 琥 珀 酸 ； 垢 ； 蚀 ； 关 阻 缓 合成 方 法
［ 中图分类号 ］ Ｑ ８￣ １ ［ Ｔ ０ ５． ２ 文献标识码 ］ ４ Ａ
［ 文章编号 ］１０ —８９ ２ ０ ）９— ０ １ ０ ０ ５ ２ Ｘ（０ ６ ０ ０ ０ — ４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈＯｎｓ ｎｈ ｓｓ ａ ｄ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｆｐ ｌｅ ｏ ｙ ｕ ｃｎｃ ａ ｉ ｓ ａ ｃ ｙ ｔ ｅ ｉ ｎ ｅ ｆ ｍａ ・ ｓ ｏ ｏｙ ｐ ｘ ｓ ｃ ｉｉ ｃｄ ｏ ｃ
利用电导率法研究聚环氧琥珀酸的阻垢性能
利用电导率法研究聚环氧琥珀酸的阻垢性能朱水平;曹丽亚;殷甜甜;王超群;刘晓艳【摘要】随着“绿色化学”的发展,防腐阻垢剂也逐步趋向环境友好型.通过电导率法探讨了不同温度及浓度下聚环氧琥珀酸(polyepoxysuccinic acid,PESA)的阻碳酸钙垢、碳酸钡垢和硫酸钡垢的性能.结果表明:PESA的阻垢性能良好,且随着浓度的增加,其阻碳酸钙垢和硫酸钡垢的性能也不断增强;PESA阻碳酸钡垢的性能随其浓度的增加先增强后减弱,并在40 mg/L时达到峰值;随着温度的升高,PESA阻碳酸钙垢的性能逐渐减弱,而阻碳酸钡垢和硫酸钡垢的性能逐渐增强.实验结果证明,PESA是一种优良的阻垢剂,适用于在一般温度下阻碳酸钙、硫酸钙及硫酸钡型的垢.此外,电导率法具有操作简便、快捷的特点,适用于针对以上几种垢的阻垢性能研究.【期刊名称】《上海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(022)002【总页数】7页(P211-217)【关键词】聚环氧琥珀酸;电导率法;阻垢性;碳酸钙;碳酸钡;硫酸钡【作者】朱水平;曹丽亚;殷甜甜;王超群;刘晓艳【作者单位】上海大学环境与化学工程学院,上海200444;上海大学环境与化学工程学院,上海200444;上海大学环境与化学工程学院,上海200444;上海大学环境与化学工程学院,上海200444;上海大学环境与化学工程学院,上海200444【正文语种】中文【中图分类】X741污垢是指固体表面或管道内部存在的一种可影响其正常使用的结垢物质.水垢一般是具有反常溶解度的难溶或微溶的盐类，具有固定的晶格以及致密、坚硬等特点［1］.根据污垢形成的主要的物理化学机制的不同，Epstein［2］将污垢划分为析晶污垢、颗粒污垢、化学反应污垢、腐蚀污垢和生物污垢等六大类型.当水中含有高浓度的硫酸盐、碳酸盐、氯化物和钡盐时，在一定的温度和pH条件下，水中就可以形成硫酸钙及碳酸钙等污垢.防止污垢生成的方法一般可分为工艺防垢法、化学防垢法、物理防垢法以及物理化学防垢法等.化学防垢法因其操作简单、应用范围广等优点而常被用于减缓金属腐蚀与结垢.同时，投加适合的阻垢剂是非常具有发展前景的一项工艺技术［3-5］.一般随着温度的变化，可将结垢物质的浓度分为不稳定区、亚稳区和稳定区.加入阻垢剂后，由于阻垢剂可以抑制或者干扰成垢晶体的生长，使得晶体结构发生变形，晶体变得疏松膨胀易被水带走.而已经结晶的微粒处于分散状态，相对地增大了污垢的溶解度，使得过饱和区域变大，难溶盐不易析出，从而产生沉淀导致垢的形成［6］.随着“绿色化学”的发展，防腐阻垢剂也逐步趋向环境友好型，绿色阻垢剂的研制也越来越越受到重视.20世纪90年代初，美国Betz实验室首先开发出聚环氧琥珀酸（polyepoxysuccinic acid，PESA）［7］.它是一种绿色水处理剂［8］，生物降解性好，是一种不含磷和氮的环保型缓蚀阻垢剂［9-10］.PESA是一种阴离子型阻垢剂［11］，适用于比较恶劣的环境，比如高碱高固水系［12］，其对水中的Ca2+，Mg2+及Fe2+等主要结垢金属离子有很好的络合作用，能有效阻止这些阳离子与成垢阴离子结合，从而减缓或避免水垢的形成［13］.同时，PESA也具有很好的缓蚀效果，兼具缓蚀、阻垢和分散三重功能［14］.阻垢性检测方法主要有静态阻垢法、极限碳酸盐硬度法、鼓泡法、动态模拟法、浊度法、临界pH值法和电导率法，其中静态阻垢法是最常用的方法.张文存等［15］利用静态阻垢法得到90◦C恒温水浴8 h后，20 mg/L PESA的阻碳酸钙垢率为70.8%.邓爱云［16］利用硼酸调节pH值至9，得到80◦C恒温水浴10 h后，6 mg/LPESA的阻碳酸钙垢率接近95%.柳鑫华等［17］利用静态阻垢法得到60◦C恒温水浴10 h后，70 mg/LPESA的阻硫酸钙率达到95%.刘爱华［18］在实验室配水测试的条件下，测定了以PESA为主剂的TH-60对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶的阻垢性能.结果表明，PESA对Ba2+，Sr2+和Ca2+都有一定的阻垢能力，尤其当PESA浓度为50 mg/L时，阻硫酸钡垢率达到87%.张小霓［19］用电导率法测定了30◦C时PESA的阻碳酸钙性能.王颖［20］利用电导率法和静态阻垢法测定了25◦C时PESA对碳酸钙垢、硫酸钙垢、硫酸钡垢和硫酸锶垢的阻垢性能.电导率法与静态阻垢法所得结果相似，且电导率法具有结果可靠、重现性好的特点.本工作利用电导率法测定了PESA的阻垢性能，并研究了PESA在不同温度及浓度下对碳酸钙垢、碳酸钡垢和硫酸钡垢的阻垢性能.1.1 实验仪器和药品仪器：电导盐度测定仪（Thermo Electron Corporation），三孔电热恒温水槽（上海精宏实验设备有限公司）等.药品：CaCl2，Na2CO3，Na2SO4，BaCl2均为分析纯，PESA（市售）.1.2 电导率法水的导电能力称为水的电导率.水中含有各种离子，能溶于水的盐类都能电离出具有导电能力的离子，溶液的电导率与其所含离子的数量以及种类有关.水的纯度越高，含盐量越低，电导率值就越小；反之，水的含盐量越高，电导率值就越大，水的纯度也就越低［21］.因此，电导率法是通过测定水的电导率来间接反映水中溶解盐类物质多少的最简便的方法之一.本实验中，在一定温度下，将一定量的阻垢剂加入含有0.1 mol/L CaCl2（或0.1mol/L BaCl2）的水样中，将0.l mol/L Na2CO3（或0.1 mol/LNa2SO4）溶液滴加在CaCl2溶液中，待溶液电导率稳定后读取数值.当溶液中有沉淀物质析出时，因可导电的离子减少而使溶液的导电能力减弱，电导率值急剧下降.当溶液即将开始结垢时，溶液的电导率值称为临界电导率值，其值越大，说明阻垢剂的阻垢效果就越好.一般可通过比较临界电导率值的大小来评定不同条件下阻垢剂的阻垢趋势及阻垢效果.物质的性状主要受其结构的影响，而阻垢剂分子结构中主要是羧基在起作用［22］.PESA对碳酸钙等污垢具有极强的螯合、分散、晶格畸变作用及低剂量效应［23］，有利于其阻垢性能的发挥.2.1 阻碳酸钙垢图1是PESA在温度为20◦C、不同浓度（0～80 mg/L）下和在10 mg/L浓度、不同温度（20～70◦C）下的阻碳酸钙垢性能测试结果.可以看出，在20◦C条件下，随着PESA浓度的增加，溶液的临界电导率值不断增大，且在浓度从0 mg/L增加到40 mg/L的过程中，临界电导率值增大的幅度较大，但当浓度大于40 mg/L之后，临界电导率值增大的幅度有所降低.在PESA浓度为10 mg/L的条件下，当温度从20◦C升高到70◦C时，溶液的临界电导率值不断减小，且在20～40◦C的过程中下降较快，在40～60◦C的过程中则下降较慢，大于60◦C时下降速度更加缓慢.整体结果显示：随着PESA浓度从0 mg/L增加至80 mg/L，其阻碳酸钙垢的效果不断增强；随着温度从20◦C逐渐升高至70◦C，其阻碳酸钙垢的效果却不断减弱.这是因为，在从20◦C升温到70◦C的过程中，PESA的活性增强、阻垢性能增强，同时，温度的升高也有利于碳酸钙的生成.在PESA浓度和温度这两种因素的拮抗作用下，PESA阻碳酸钙垢的能力受到限制.因此总体来看，PESA阻碳酸钙垢的性能随着温度的升高而降低.综合考虑浓度和温度因素时，在上述两种实验条件下，当PESA浓度为40 mg/L，温度为40◦C时，其阻碳酸钙垢的综合效果较好.2.2 阻碳酸钡垢图2是PESA在温度为20◦C、不同浓度（0～80 mg/L）下和在10 mg/L浓度、不同温度（20～70◦C）下的阻碳酸钡垢性能测试结果.可以看出，在20◦C条件下，随着PESA浓度的增加，溶液的临界电导率值呈现出先增大后减小的趋势.当PESA 浓度为0～20 mg/L时，溶液的临界电导率值比较低，在60～80 mg/L范围内时，临界电导率值变化不大且数值不高，当浓度为40 mg/L时，溶液的临界电导率达到峰值.在PESA浓度为10 mg/L的条件下，随着温度的升高，溶液的临界电导率值不断增大.也就是说，PESA阻碳酸钡垢的效果是随着其浓度的增加先增强后减弱，在浓度为40 mg/L时达到峰值，并且随着温度的升高，PESA阻碳酸钡垢的效果不断增强.这是因为，一方面高温可促进碳酸钡的形成［24］，降低碳酸钡在水中的溶解度，导致溶液过饱和而发生结垢；另一方面，因生成碳酸钡垢的反应是吸热反应，所以随着温度的升高，反应趋于向成垢方向进行［25］.综合考虑浓度和温度因素时，在上述两种实验条件下，当PESA浓度为50 mg/L，温度为50◦C时，其阻碳酸钡垢的综合效果较好.2.3 阻硫酸钡垢图3是PESA在温度为20◦C、不同浓度（0～80 mg/L）下和在10 mg/L浓度、不同温度（20～70◦C）下的阻硫酸钡垢性能测试结果.可以看出，在20◦C条件下，随着PESA浓度的增加，溶液的临界电导率值逐渐增大，当浓度为0～20 mg/L时增大的幅度较大，当浓度为20～60 mg/L时增大的幅度减小，当浓度为60～80 mg/L时增大的幅度较大.在PESA浓度为10 mg/L的条件下，随着温度的升高，溶液临界电导率值不断增大，并在50～70◦C的升温过程中趋于平缓.整体上看，随着PESA浓度的增加，其阻硫酸钡垢的性能逐渐增强；随着温度的升高，其阻硫酸钡垢的性能也逐渐增强.可见，温度和浓度这两种因素对PESA阻硫酸钡垢的性能具有协同作用.这主要是因为，在20～70◦C的升温过程中，由于PESA的活性增强使得其阻垢性能增强；同时，温度的升高不利于硫酸钡的生成［26］.另外，由于实验中使用的是有效浓度为40%的市售PESA，而在PESA反应体系中存在其本身水解反应的副产物——酒石酸钠，因此使得反应体系中的PESA有效成分降低.此外，由于PESA的水解反应活化能较高，随着体系温度的升高，水解反应速度加快，其有效成分作用的发挥受到限制与减弱［27］，因此在较高温度下，其阻硫酸钡垢性能增强的幅度较小.综合考虑浓度和温度因素时，在上述两种实验条件下，当PESA浓度为70 mg/L，温度为70◦C时，其阻硫酸钡垢的综合效果较好.2.4 结果对比从图1～3中的3条PESA浓度变化曲线可看出，在20◦C条件下，当PESA浓度从0 mg/L增加到80 mg/L时，其阻碳酸钙垢及阻硫酸钡垢溶液的临界电导率值极差分别约为4.60和0.16 mS/m.也就是说，PESA浓度的变化对其阻碳酸钙垢性能的影响较大，而对阻硫酸钡垢性能的影响较小.随着PESA浓度的增加，其阻碳酸钙垢、硫酸钡垢的效果逐渐增强，且当PESA浓度为40 mg/L时，其阻碳酸钡垢的效果比较突出.整体来看，当PESA浓度为40～60 mg/L时，其阻碳酸钙垢、碳酸钡垢和硫酸钡垢这三种垢的综合效果最佳.从图1～3中的3条实验温度变化曲线可看出，当PESA浓度为10 mg/L，实验温度从20◦C升高到70◦C时，PESA阻碳酸钙垢、阻碳酸钡垢和阻硫酸钡垢溶液的临界电导率值极差分别为1.30，0.12和0.17 mS/m.这说明实验温度对PESA阻碳酸钙垢性能的影响较大，而对阻碳酸钡垢和硫酸钡垢性能的影响较小.随着反应温度的升高，PESA阻碳酸钙垢的效果减弱.虽然温度对PESA阻碳酸钡垢和硫酸钡垢性能影响不大，但温度的升高却不利于碳酸钡和硫酸钡的形成，所以整体来看，当温度为50～60◦C时，PESA阻碳酸钙垢、碳酸钡垢和硫酸钡垢这三种垢的综合效果最佳.从实验结果的综合分析来看，PESA是一种优良的阻垢剂，且在反应温度为50～60◦C，浓度为40～60 mg/L的条件下，其对碳酸钙垢、碳酸钡垢和硫酸钡垢的阻垢效果最佳.PESA作为一种环保型的阻垢剂，适用于在油田输水管线的高温环境中以碳酸钙、碳酸钡和硫酸钡等污垢为主的管道防腐和阻垢.电导率法相对于传统的静态阻垢测试法，其实验误差主要来源于仪器误差，因此实验精度比较高.利用临界电导率值来判断阻垢剂的阻垢性能不仅方便快捷，而且高效可靠.今后可尝试用该测试方法确定其他阻垢剂的阻垢效果.同时，由于液体状的阻垢剂作用周期短，因此可以考虑寻找合适的载体以达到缓释的效果，从而延长投加药物的周期，也可以考虑阻垢剂之间的复配或增加一些添加剂［28-29］来完善阻垢剂的配方，增强其阻垢效果.还可参考工程建设类项目，在投加阻垢剂之前先进行模拟预测［30］，从而实现省时省力、经济高效的目标，并使之适用于工业化生产与应用中.【相关文献】［1］谢红军.油田集输管网结垢机理与防治技术研究［D］.长春：吉林大学，2005：38.［2］EpsTEIN N.Fouling in heat exchange［C］//Heat Transfer 1978-Proc 6th IHTC.1978：235-253.［3］SALMAN M，QAbAZARD H，MOsHFEGHIAN M.Water scaling case studies in a Kuwaiti oil field［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2007，55（1）：48-55.［4］NEsIC S，SOLVI G T，SKJERVE parison of rotating cylinder and loop methods for testing CO2corrosion inhibitors［J］.British Corrosion 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聚环氧琥珀酸的研究进展
绿色环保型阻垢剂聚环氧琥珀酸的研究进展于莉莉李国云弗克科技（苏州）有限公司摘要：详细叙述了绿色阻垢剂聚环氧琥珀酸的合成及其性能，并对其发展方向作出了展望。
关键词：绿色阻垢剂，合成，性能1前言21世纪，全球都面临着水资源紧缺的突出矛盾，特别是中国。
中国水资源匮乏，加上水环境污染严重，可利用的水资源很少，因此如何节约和保护水资源成为当务之急。
节约水资源最主要的是节约工业冷却水。
其主要方法是循环利用冷却水，提高浓缩倍率，但由于不断的蒸发和浓缩，水中的各种矿物质、藻类及泥沙等不断增多，会导致设备结垢、腐蚀和造成水质污染。
这样，就要求向水中投加药剂，以减少损害，其中，使用最多的为投加阻垢剂。
绿色化学是20世纪90年代出现的一个多学科交叉的研究领域[1]，随着人们环境保护意识的不断增强，绿色化学成为研究的重点。
在水处理化学中，开发可生物降解的“环境友好”型水处理化学品已经越来越受到人们的重视，成为21世纪中水处理领域的一个重要发展方向，研究绿色阻垢剂也成为当前水处理剂研究中的重要课题。
绿色阻垢剂的发展经历了由天然高分子绿色阻垢剂到人工合成型绿色阻垢剂的过程。
天然绿色阻垢剂因其原料来源广泛、无毒、易降解、价廉和易回收等特点，在水处理界得到高度的重视和广泛的研究，发展也很快。
常见的天然高分子绿色阻垢剂有葡萄糖酸钠、木质素、淀粉和单宁及其衍生物等[2]。
由于天然绿色阻垢剂具有投加量大（50~200mg/L）高温条件下易分解、杂质含量高等缺陷，现在应用较少。
目前发展的人工合成型绿色阻垢剂主要包括聚天冬氨酸（PASP）和聚环氧琥珀酸（PESA）。
这两种阻垢剂是目前国际公认的具有无磷、可生物降解特性的绿色水处理剂。
本文主要介绍PESA的合成、性能及其发展。
2 PESA的发展聚环氧琥珀酸（PESA）是20世纪90年代初由美国Betz实验室首先开发出来的一种绿色水处理剂[3,4]。
下面为聚环氧琥珀酸钠的结构式：其中，n值一般为2~50，n值在2~25时，效果更好，Na+可被H+或其他水溶性阳离子代替，如K+、NH4+等。
聚环氧琥珀酸的阻垢缓蚀性能研究[1]
![聚环氧琥珀酸的阻垢缓蚀性能研究[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/6e9d31d380eb6294dd886c8a.png)
[基金项目]江苏省科委社会发展基金项目;教育部留学回国人员资助项目聚环氧琥珀酸的阻垢缓蚀性能研究吕志芳,董伟,夏明珠,雷武,王风云(南京理工大学化工学院,江苏南京 210094) [摘要]聚环氧琥珀酸(PESA )是一种新型的无磷有机阻垢缓蚀剂。
通过鼓泡法和旋转挂片失重法对其阻垢性能和缓蚀性能进行了评价。
结果表明,PESA 比常用药剂HEDP 、HPMA 的阻垢性能好,但比PB TCA 性能稍差;PE 2SA 也有一定的缓蚀性能,可以和其他的药剂复配生成低磷或无磷的缓蚀剂。
[关键词]聚环氧琥珀酸;阻垢性能;缓蚀性能 [中图分类号]TQ314.24+5 [文献标识码]A [文章编号]1005-829X (2001)03-0026-03The scale and corro sion inhibition of polyepoxysuccinic acidL ΒZhi 2fang ,DON G Wei ,XIA Ming 2zhu ,L EI Wu ,WAN G Feng 2yun(Chemical Engi neeri ng School ,N anji ng U niversity of Science and Technology ,N anji ng 210094,Chi na )Abstract :Polyepoxysuccinic acid (PESA )is a new kind of scale and corrosion inhibitor which does not contain phosphorus.Corrosion and scale inhibitions of PESA are evaluated by rotary coupon test and aeration method ,re 2spectively.The experimental result shows that the scale inhibition of PESA is prior to HEDP and HPMA ,but inferior to PB TCA.PESA also has certain corrosion inhibition performance ,and good synergistic effect with other corrosion and scale inhibitors.Key words :polyepoxysuccinic acid ;scale inhibition ;corrosion inhibition 目前国内常用的缓蚀阻垢剂有聚磷酸盐、膦酸酯和有机磷酸,其中有机磷酸是最有效的兼有缓蚀与阻垢双重功能的水处理剂。
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! 实验部分 !"! *+,-!的合成
称取一定量分析级马来酸酐加水溶解 ! 滴加质 量分数为 )&S的 T/0P!在 )& +保温( 升温至 )) +! 加入 催 化 剂 钨 酸 钠 ! 滴 加 P(0(! 同 时 用 质 量 分 数 为
)&S的 T/0P 调节 <P 值 ( 升温至 U& +! 分批加入引 发剂 !保温 )冷却 )过滤 !得淡黄色溶液 !<P V # ( !"( *+,-"的合成 以工业级马来酸酐为原料按 !"! 步骤 ! 得产品
(!)&&# #
%" 南阳蒲山发电运营中心 !河南 南阳
% 摘要 & 聚环氧琥珀酸 "*+,-’是一种新型的可生物降解的水处理化学品 ( 通过对两种不同级别原料合成的 *+,在不同的加药量 ) 不同硬度和不同碱度等条件下进行阻垢分散性能比较试验发现 !*+,-!*分析级 ’对 ./.0% 垢的阻垢 性能略优于 *+,-" * 工业级 ’( 通过对 ./.0%)./,0#)1/,0#),2,0#)./3( 的阻垢实验和对氧化铁分散性能的实验 ! 对
*+,- 的阻垢分散效果进行了评价 ( 结果表明 + 在实验条件下 !*+,- 对 1/,0#),2,0# 垢阻垢效果优异 ! 对 ./,0#)./3(
垢阻垢效果较好 #*+,- 对氧化铁具有很强的分散能力 ( % 关键词 & 聚环氧琥珀酸 # 阻垢 # 分散 % 中图分类号 & 45&6)7"#!( % 文献标识码 & 1 % 文章编号 & !""# $ %&’( *&""# ’!( $ ""#’ $ "#
第 &# 卷第 !( 期 &""# 年 !( 月
工业水处理
,-./012345 64172 8274197-1
:;5<&# =;<!( W;@<!&""#
聚环氧琥珀酸多元阻垢分散性能的研究
周晓蔚 !!何蓉 "!宿伟成 #
"!" 南阳理工学院 !河南 南阳
#$%&’’# (" 苏州热工研究所 !江苏 苏州 #$%&&%$
来源 实验室自制 实验室自制 某电厂实际使用 阻垢剂 某化工厂 某水处理剂厂 某水处理剂厂
实验所用阻垢剂
质量分数 ) -
阻垢剂名称
是广泛用于循环冷却水系统阻垢的水处理剂 #对
./01! 聚环氧琥珀酸 ./01" 聚环氧琥珀酸 #23, ’!3,&4*’ % 成分不详 # 膜
阻垢剂 &
#F+F #A+# A:+A &@+9 AG+@ A:+#
负离子 # 离解后的负离子以及分子中的氮原子可以 和 ,"#8离子生成稳定的螯合物 # 降低了水溶液中的
,"#8离子浓度 * 同时负离子通过静电力吸附于 ,",%0
垢 晶 体 % 晶 核 & 表 面 的 活 性 点 上 可 以 引 起 ,",%0 晶 体的晶格歪曲 ’
# 结果及讨论 #+* C4$7!和 C4$7"的阻 ,",%0 垢性能
的活性点也会发生吸附作用 " 但由于醚基团处于聚 合物的主链上 " 其吸附作用的程度可能会受到分子 构象等因素的影响 #
9;<% 对 ?+(&, 沉积的抑制溶限效应不明显 # 这四 种药剂阻 ?+(&, 垢的优劣顺 序 为 "’($ " ’ 9":$ ’ "’($! ’ 9;<%# )*, 阻 (D(&, 垢效果
#.51 水解聚马来酸酐 #/3. !& 羟基亚乙基二膦酸 165. 氨基三亚甲基膦酸
*+&
阻垢分散实验方法 %!& 阻垢实验方法 ’用去离子水配制含一定浓度
’,%02质量浓度为 * ::: <= ) >#溶液 3# 为 @+A#在 @: + 下保温 @+A D’ 实验结果见图 *’
的 阻 垢 剂 ","#- 或 ."#" 或 $/#- "’,%01 或 $% 或 ) 2 溶 液 #并调节 3# #然后置于恒温水浴中 # 在一定温度下 保温一定时间后 # 冷却 " 过滤 # 用 4567 法测定 ,"#8 质量浓度 # 用 9#0 分光光度计测定 $%质量浓度 # 同时做空白实验 ’ %$& 阻垢率的计算 ’ 阻垢率 ! 按 %!&式计算 (
!"#"$%&’"# () *’" &$+$&,*- (. #&/0" ,)’,1,*,() /)2 2,#+"%#,() (. +(0-"+(3-#4&&,),& /&,2
NK8? OA/8E;A!! P; Q8BG(! ,? R;A@K;BG(! *!" !"#$"#% &’(()%) ’* +,-)#,) . /),0#’(’%$! !"#$"#% #$%&&’! &0-#" # (" +120’1 3#4-515) ’* /0)67"( 8#%-#))6-#% ! +120’1 (!)&&#! &0-#"# %" !140"# 9’:)6 ;1##-#% &)#5)6! !"#$"#% #$%&&%! &0-#"’ !"#$%&’$+ *89:;<8=:>?@@ABA@ /@AC **+,- ’ A> / DABC B;E FA8C;G2/C/F9; E/H;2 H2;/HI;BH /G;BH" 1: I;/B> 8J @8I) </2ABG HE8 DABC> 8J *+,- EKA@K /2; >:BHK;>AL;C F: CAJJ;2;BH9: G2/C;C 2/E I/H;2A/9> EAHK CAJJ;2;BH C8>/G;>! CAJ) J;2;BH K/2CB;>> /BC CAJJ;2;BH /9D/9AH: ! AH A> J8?BC HK/H *+,-! */B/9:HA@/9 G2/C;’ K/> F;HH;2 >@/9; ABKAFAHAM; @/</@) AH: HK/B HK/H 8J *+,-" *ABC?>H2A/9 G2/C;’" 4K28?GK >@/9; ABKAFAHA8B @/</@AH: H;>H 8J ./.0%! ./,0#! 1/,0#! *2,0# /BC ./3( /BC CA><;2>A8B @/</@AH: H;>H 8J J;22A@ 8=AC; ! HK;A2 ABKAFAHA8B /BC CA><;2>A8B ;JJA@A;B@A;> /2; ;M/9?/H;C" 4K; 2;>?9H> >K8E HK/H ?BC;2 ;=<;2AI/BH/9 @8BCAHA8B> ! *+,- K/> ;=@;99;BH ABKAFAHAM; ;JJ;@H 8B 1/,0# /BC ,2,0#! K/> @8I</2/HAM;9: G88C >@/9; ABKAFAHAM; ;JJ;@H 8B ./,0#! ./3(! /BC K/> >H28BG CA><;2>AM; ;JJ;@H 8B J;22A@ 8=AC;" ()* +,%-#+<89:;<8=:>?@@ABA@ /@AC# >@/9; ABKAFAHA8B# CA><;2>A8B
! % !! & !’ ( *::; !$ & !’
%! &
式中 (!*) )) 加阻垢剂的溶液恒温加热后溶液中 阳 离子或阴离子的质量浓度 #<= ) >* )) 空白溶液在相同 条 件 下 溶 液 中 阳 离 子 !:) 或阴离子的质量浓度 #<= ) >* )) 不加阻垢剂恒温 加 热 前 溶 液 中 阳 离 子 !#) 或阴离子的质量浓度 #<= ) >’ %*& 分散氧化铁实验 ’ 用去离子水配制含一定浓 度的阻垢剂 +)?0-的溶液 # 用 !"%’ 调 3’ 为 @+A# 然 后置于恒温水浴中 # 在一定温度下保温一定时间后 # 冷却 # 取 上 层 清 液 # 以 试 剂 空 白 的 透 光 率 为 *::; # 在 &#: B< 处测定溶液的透光率 ’
图!
阻 ,",%0 垢率随阻垢剂质量浓度的变化
由图 * 可以看出 #C4$7 阻 ,",%0 垢性能随药剂 量 的 增 加 而 增 加 ’ 在 相 同 的 实 验 条 件 下 #C4$7 ! "
C4$7 " 阻 ,",%0 垢 的 效 果 与 ’45C "76EC 差 别 不 大 #而比 #CE7 和 ’!5, 差的多 ’ ’45C 和 76EC 是有机多元膦酸 # 其阻垢机理 为多元膦酸在水溶液中能够离解成 ’ 8 和多个酸根