阻垢机理介绍
羧酸聚合物对磷酸钙的阻垢作用和机理
羧酸聚合物对磷酸钙的阻垢作用和机理
羧酸聚合物是一类具有羧酸基团的高分子化合物，广泛应用于阻垢领域。
对于磷酸钙阻垢作用和机理主要有以下几个方面：
1. 离子化学作用：羧酸基团可以通过与磷酸钙表面的阳离子（如Ca2+）发生静电相互作用，从而改变磷酸钙表面的电性质，减少硬水中的钙离子对磷酸钙的吸附，降低磷酸钙的结垢倾向。
2. 配位作用：羧酸基团中的羧基（-COOH）可以通过配位键与磷酸钙表面的钙离子形成配位键，形成稳定的络合物，从而抑制磷酸钙的晶体生长和结垢。
3. 络合作用：羧酸基团还可以通过与磷酸钙表面的阻垢剂形成络合物，包裹磷酸钙表面的阳离子，阻止磷酸钙的结晶过程，达到阻垢的效果。
总体来说，羧酸聚合物通过离子化学作用、配位作用和络合作用减少磷酸钙表面上钙离子与其他阻垢物质的相互作用，从而阻止磷酸钙的结晶和垢石的形成。
它们具有良好的阻垢效果，广泛应用于水处理、洗涤剂和洗发水等领域。
阻垢剂的作用、机理及主要成分介绍
阻垢剂的作用、机理及主要成分介绍1、什么是阻垢剂阻垢剂（Scale Inhibitor）是具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能的一类药剂。
2、反渗透阻垢剂的主要成分有哪些反渗透阻垢剂主要包括一些天然分散剂、膦酸、膦羧酸及膦磺酸和高分子聚合物等，常见的分类主要有以下几种：（1）聚羧酸类阻垢分散剂（2）有机膦酸酯（3）有机膦酸类阻垢剂（4）聚磷酸盐3、阻垢剂的性能我们知道阻垢剂具有阻垢作用。
它的阻垢作用是因为它能阻止细小的碳酸盐晶粒长大而扭曲晶格，使循环冷却水中的碳酸盐不进行热交换。
同时，通过组织中有机磷酸盐等成分与金属形成保护膜的特性，与循环冷却水中的钙离子结合，防止金属腐蚀。
本产品PH值应用广泛，在PH值7.0-10.0之间均能抑制结垢和腐蚀，使工业化生产操作简便，不会因PH值失控而引起腐蚀、结垢等问题。
本品最高碳酸盐硬度可达680mg/L左右，阻垢效果好。
4、阻垢剂的作用机理（1）在阻垢剂中的络合增溶共聚物溶于水后发生离子化，形成带负电荷的分子链，与Ca2+形成水溶性络合物或螯合物，从而增加无机盐的溶解度。
增加并起到阻垢作用。
（2）晶格畸变效应是由于分子中的某些官能团占据了无机盐晶核或微晶上的一定位置，阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长，减缓了晶体的生长速度，从而减少盐垢的形成。
（3）静电斥力的作用是共聚物溶于水吸附在无机盐的微晶上，增加了粒子间的斥力，阻碍了它们的聚结，使它们保持良好的分散状态，从而阻止或减少了形成规模。
由此我们知道，阻垢剂可以有效分散难溶的无机盐类，其中的化学物质可以有效阻碍污垢的聚结，从而达到阻垢的效果。
5、反渗透阻垢剂和循环水阻垢剂的区别由于两者面临的情况不同，对两者的要求也不同：循环水的运行环境要求长期性能和抗细菌性。
可使用大量高分子分散剂分散悬浮物，以增加阻垢效果。
循环水系统体积大，露天运行，对药剂纯度要求不高。
由于反渗透阻垢剂作用时间短，要求阻垢剂与结垢离子快速相互作用，因此要求快速高效；另外，由于膜内部通道狭窄，如果使用高分子分散剂，会带来更大的问题；同时，阻垢剂在膜表面的过程是一个浓缩过程。
阻垢剂的作用机理
阻垢剂的作用机理阻垢剂是一种用于清理管道和水处理过程中的化学物质，能够有效预防和消除水垢和硬水垢的形成。
阻垢剂主要作用于水中的钙、镁等离子，阻止它们与碳酸根离子结合形成水垢。
本文将介绍阻垢剂的作用机理。
钙、镁离子的影响水中含有不同程度的钙、镁离子，这些离子经常会与水中的碳酸根离子结合形成水垢。
水垢会附着在管道内部、热交换器中、锅炉内部等部位，导致管道狭窄、热交换效率低下、锅炉以及其他设备的损坏。
此外，水垢还会影响水的味道，影响人们的生活质量。
阻垢剂的作用机理阻垢剂可根据它们的工作机理分为两种类型：配合物阻垢剂和缓蚀阻垢剂。
配合物阻垢剂配合物阻垢剂的作用机理是通过与水中的钙、镁离子形成配合物，从而防止它们结合形成水垢。
这些配合物较稳定，不易被分解，能够保持水的清洁和纯度。
常见的配合物阻垢剂有EDTA（乙二胺四乙酸）和NTA（乙二胺四乙酸三钠）等。
缓蚀阻垢剂缓蚀阻垢剂的作用机理是通过组成一层薄的保护膜来阻止钙、镁等离子沉积在设备表面的过程，从而通过防止水垢的形成来保护设备。
这种薄膜可以由耐酸、耐碱、耐高温的材料制成。
缓蚀阻垢剂通常是针对特定应用而设计的，它们的材料和添加剂各有特点和用途。
阻垢剂的应用阻垢剂广泛用于水处理、石油化工、制药工业、冶金工业、纺织工业、造纸工业等行业。
在水处理行业中，阻垢剂是一种特别重要的化学制剂。
阻垢剂的广泛使用可以提高水的质量，减少设备损坏，降低设备维护和修理的费用，进一步促进各行业的发展。
总结阻垢剂作用于水中的钙、镁离子，从而阻止它们与碳酸根离子结合形成水垢。
阻垢剂分为配合物防垢剂和缓蚀防垢剂两种，在不同的应用场景中可以选择不同的阻垢剂。
广泛应用阻垢剂可以提高水的质量，降低设备维护和修理的费用，促进工业发展。
阻垢剂的种类与作用机理
1、阻垢剂的作用机理是什么?缓蚀阻垢剂的作用机理分为: 络和增溶作用、晶格畸变作用、静电斥力作用。
络和增溶作用络和增溶作用是共聚物溶于水后发生电离,生成带负电性的分子链,它与Ca2+形成可溶于水的络合物或螯合物,从而使无机盐溶解度增加,起到阻垢作用。
晶格畸变作用晶格畸变作用是由分子中的部分官能团在无机盐晶核或微晶上,占据了一定位置,阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长,减慢了晶体的增长速率,从而减少了盐垢的形成;静电斥力作用静电斥力作用是共聚物溶于水后吸附在无机盐的微晶上,使微粒间斥力增加,阻碍它们的聚结,使它们处于良好的分散状态,从而防止或减少垢物的形成。
2、阻垢剂的种类有哪些?在水处理中常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机膦酸、膦羧酸、有机膦酸脂、聚羧酸等。
聚磷酸盐常用聚磷酸有三聚磷酸钠和六偏磷酸钠，在水中生成长链阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，同是这种阴离子易于和CO32-置换，从而防止了碳酸钙的析出。
有机膦酸类阻垢剂常用的有ATMP、HEDP、EDTMPS、DTPMPA、PBTCA、BHMT等。
对抑制碳酸钙、水合氧化铁或硫酸钙的析出或沉淀有很好的效果。
有机膦酸酯有机膦酸酯抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差。
其毒性低，易水解。
聚羧酸类阻垢分散剂聚羧酸类化合物对碳酸钙水垢有良好的阻垢作用，用量也极少。
常用的有聚丙烯酸PAA、水解马来酸酐HPMA、AA/AMPS、多元共聚物等。
主要用于各行业的水冷器、油冷器、凝汽器、空冷器、蒸发器、暖气片、反应釜、吸收塔、贮罐、管道等设备的防腐及阻垢。
3、水处理药剂的分类缓蚀剂一类以适当浓度和形式投加在水中后，可以防止或减缓水对金属材料或设备腐蚀的化学品，具有效果好、用量少、使用方便等特点。
缓蚀剂的类别和品种很多，按其化合物的种类，可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。
按其抑制的反应是阳极反应、阴极反应或两者兼而有之，可分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂或混合型缓蚀剂。
电子阻垢除垢
电子阻垢除垢一、阻垢、除垢原理变频电磁场作用于管道上，引起管道内部水分子产生共振，使氢键缔合的水分子团变成单个极性水分子，因而提高了水的活化性，促进极微小的水分子可以渗透、包围、溶解，使污垢逐渐蓬松，从而去除热水器、锅炉、管道内壁等热交换系统内的老垢。
单个极性水分子会吸附在管道内壁上，从而形成由极性水分子组成的活化水带，达到一个阻垢、除垢的目的。
同时，通过变频作用使悬浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的表面无电荷的文石碳酸钙晶体，使其无法吸附在管壁之上，从而达到有效的除垢、防垢目的。
由于环境的不同，水的温度、硬度、粘度、PH值也不一样，对其共振所需频率也必须随之改变。
因此，只有采用变频共振技术，才能确保使不同水质条件下的水分子产生共振，从而达到理想的除垢、防垢目的。
二、磁防垢、阻垢其主要机理如下：1、油介质共振吸收的原理。
（200HZ-90KHZ）变频电磁场作用在油介质上，主要组成成份是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素，该成份都有各自的固有振荡频率，在外加变频电磁场的作用下使油介质分子、离子共振，油介质的分子运动加剧，破坏了分子间的缔合，影响了油中结晶的生成，其结果阻止了油垢、油蜡晶在管壁、设备上生成，起到防垢阻垢的目的。
2、油介质在磁场作用下的磁化效应，降低了原油的黏度。
在磁场作用下，油介质的分子磁矩排列有序，分层的流动，降低了油层流动的内摩擦力，使原油黏度降低，流动性增强，输油量加大。
3、磁场线对流体的约束效应（托卡马克原理）。
磁场线具有约束流体的作用，管壁处磁场线密集，阻止原油接触管内壁，起到保护膜的作用,阻止油垢生成。
4、驰豫效应。
在磁场作用下油介质被磁化，退磁化需要一定时间。
实验表明静态液体退磁需48小时，流动液体退磁需8小时，输油管道磁化有效传输距离可达8-12Km，循环回路阻垢效果更佳。
三、磁场强度对抑垢效果的影响磁场强度是磁场的重要参数之一，对磁处理效果的好坏起着非常关键的作用，在不同强度条件下进行抑垢实验，以获得良好的抑垢效果。
阻垢剂的阻垢机理
阻垢剂的阻垢机理阻垢剂的分子结构中都有多个或多种官能团，在水体系中可能表现出螯合、吸附和分散作用，能够发挥水处理药剂的“一剂多效”的功能，即一种药剂同时具备阻垢、阻垢、缓蚀、絮凝、杀菌、分散等性能的中的两种或者两种以上的性能或体现出不能的效应。
对阻垢效应起关键作用的是有机阻垢剂分子中带负电的功能基团，这些负电基团于难容钙盐中带正电的钙离子相互可能产生比较强的库仑静电势作用。
如果功能基团的空间间距同晶面相关离子间接近的话，因静电吸引会产生极强的吸附行为，会阻止钙离子与碳酸根离子的进一步沉积，从而抑制碳酸钙晶体的成长。
HEDP是一种有机膦酸类阻垢缓蚀剂，可与水中金属离子，尤其是钙离子形成六圆环螯合物，因而具较好的阻垢效果并具明显的溶限效应，当和其它水处理剂复合使用时，表现出理想的协同效应。
阻垢机理的假设有很多，但它们还不能完全解释阻垢剂的一些性质和现象，目前流行的机理有以下几种。
(1)螯合增溶作用阻垢剂能与水中Ca2+、Mg2+等金属离子形成稳定的可溶性螯合物，从而提高了冷却水中Ca2+、Mg2+的允许浓度，相对来说就增大了钙、镁盐的溶解度，但是螯合增溶作用所能稳定的金属离子量很小，它无法解释“低限”。
(2)晶格畸变作用在微晶(垢)成长过程中，若晶体吸附有阻垢剂并掺杂在晶格的点阵中，就会使晶体发生畸变，或者使晶体内部的应力增大，从而使晶体易于破裂阻碍了沉积垢的生长。
晶格畸变被认为是阻垢机理的主要部分。
人们一直关注晶体生长过程中阻垢剂抑制的环节，其中一些研究者认为，有无原始的晶种对阻垢效果影响不大，且阻垢过程是非扩散控制的，即搅拌与否对阻垢效果影响不大。
(3)凝聚与随后的分散作用对于聚羧酸盐类阻垢剂，在水中离解生成含有羧酸根的离子，在与碳酸钙微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象而使微晶表面形成双电层。
聚羧酸盐的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间的静电斥力可阻止微晶的相互碰撞，从而避免了晶体的形成。
阻垢剂工作原理
阻垢剂工作原理阻垢剂是一种用于防止水中垢积物形成的化学物质。
它在许多工业和家庭应用中起着非常重要的作用，例如水处理、热交换器、锅炉管道和家用电器等。
本文将重点介绍阻垢剂的工作原理及其在防止垢积物形成方面的应用。
我们需要了解垢积物的形成原理。
垢积物是由水中溶解的无机和有机物质沉积在表面上形成的。
这些物质可以包括钙、镁、铁、锌和硅酸盐等。
当水被加热或蒸发时，其中的溶解物质会在表面上结晶并形成垢积物。
垢积物形成的速度取决于水中溶解物质的浓度、水的温度和压力等因素。
阻垢剂的作用是通过改变水中垢积物形成的方式来防止其沉积在表面上。
阻垢剂的主要工作原理包括以下几个方面：1. 分散作用：阻垢剂通过使水中的溶解物质保持分散状态，防止其形成颗粒并沉积在表面上。
这是通过阻止物质的结晶过程来实现的。
2. 离子交换作用：阻垢剂中的某些化学物质可以与水中的溶解物质发生反应，形成可溶解的复合物或沉淀，并将其悬浮在水中。
这样可以阻止溶解物质沉积在表面上。
3. 缓蚀作用：阻垢剂中的某些化学物质可以与金属离子反应形成保护性的膜层，减少金属表面与水中溶解物质的直接接触，从而防止垢积物的形成。
4. pH调节作用：水的pH值是影响垢积物形成的重要因素之一。
阻垢剂可以通过调节水中的pH值来改变垢积物形成的倾向性。
提高水的pH值可以减少钙和镁等金属离子的浓度，从而降低垢积物的形成。
阻垢剂在许多应用中起着重要的作用。
它们常用于锅炉、冷却塔和热交换器中，以防止热传导表面上垢积物的形成。
在这些设备中，阻垢剂可以通过将溶解物质保持分散状态和形成可溶性复合物来防止垢积物的积聚，并保持设备的正常运行。
阻垢剂也广泛应用于家用电器中，例如洗衣机、洗碗机和咖啡机等。
在这些设备中，阻垢剂可以防止水垢在设备内部形成，并延长设备的使用寿命。
阻垢剂通过改变水中垢积物形成的方式，防止其沉积在表面上。
它们的工作原理包括分散作用、离子交换作用、缓蚀作用和pH调节作用。
阻垢剂在水处理、热交换器、锅炉管道和家用电器等许多应用中发挥重要作用，保持设备的正常运行并延长使用寿命。
阻垢剂简介
1.1 PASP 的合成 聚天冬氨酸的合成目前主要有以天冬氨酸为 原料的热缩合法和以马来酸或马来酸酐为原料的 合成法两种工艺技术。 合成法两种工艺技术。结构式一般有两种构型 如图1 所示），分子量一般为3000 10000， ），分子量一般为3000（如图1 所示），分子量一般为3000-10000，呈 浅色粉末状。在碱性条件（ 10-12） 浅色粉末状。在碱性条件（pH = 10-12）下容易 水解得到聚天冬氨酸盐。 水解得到聚天冬氨酸盐。
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2.1 PESA 的合成
目前聚环氧琥珀酸的合成大多采用以环氧琥珀 酸为原料的一步合成法或采用以马来酸酐等为原料 的多步合成法。 的多步合成法。
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聚环氧琥珀酸（PESA）的结构式
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2.2 PESA 阻垢缓蚀性能 国内外对于PESA 阻垢缓蚀性能研究较多， 国内外对于PESA 阻垢缓蚀性能研究较多，基 本认为PESA CaCO3、BaSO4、SrSO4、 本认为PESA 阻CaCO3、BaSO4、SrSO4、CaF2 垢 的性能优越， Ca3(PO4)2、CaSO4、 的性能优越，但PESA 对Ca3(PO4)2、CaSO4、锌 垢的阻垢效果较差。 垢的阻垢效果较差。
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四、阻垢剂的现状
阻垢剂的发展经历了从最初的天然有机物到 无机聚磷酸盐, 无机聚磷酸盐,直至现在的全有机配方聚合物的过 随着全球环境问题的日益严重, 程。随着全球环境问题的日益严重,要求阻垢剂向 无毒害的无磷、低磷新型高效的环境友好型“ 无毒害的无磷、低磷新型高效的环境友好型“绿色 阻垢剂”的方向发展。 阻垢剂”的方向发展。目前国内外出现的新型绿色 聚合物阻垢剂主要有聚环氧琥珀酸和聚天冬氨酸。 聚合物阻垢剂主要有聚环氧琥珀酸和聚天冬氨酸。
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主要内容
1、结垢形成过程
2、阻垢机理
溶限效应机理
晶格歪曲机理
分散机理
3、脱盐系统的结垢特点
4、结垢的防治
结垢形成过程
结垢的形成过程
溶解的离子 晶体生长 凝聚 离子成对 离散晶体 结垢 离子簇 成核 临界体积
3
阻垢剂的阻垢机理 溶限效应
成垢离子，如Ca2+
阻垢剂分子
*
*
聚合物 Flocon 135 聚合物复合 物 Flocon 260Leabharlann *********
***
***
***
***
***
13
不同类型阻垢剂的阻垢机理
六偏磷酸钠 CaCO3 CaSO4 BaSO4 硅胶 Fe 胶体 LSI<0.8 好 无 无 无
有机磷酸盐 LSI<2.6 差 无 无 无
聚合物复合物 Flocon 260 LSI<2.6 好 好 好 好
阻垢剂约束住成垢离子
4
阻垢剂的阻垢机理 溶限效应
被束缚的离子同时还可与其相反电荷离子作用形成离子簇
5
阻垢剂的阻垢机理 溶限效应
阻垢抑制剂处于离子簇的中央，离子簇的成核临界体积进一步 增大，降低成垢机率
6
阻垢剂的阻垢机理 晶格歪曲机理（以碳酸钙晶体为例）
基于菱形单位晶格，其最快成长方向发生在点和边上。
硅酸盐
在碱性条件下形成钙镁硅酸盐垢 随pH升高碱性硅酸盐溶解度下降
铁的氧化物
亚铁离子转成高铁离子
其它类型如：硫酸钡、硫酸锶、碳酸铁、氧化钙、氢氧化镁、氟化钙等 18
结垢的防治
防止结垢的方法
1、化学工程 2、机械清洗 3、预处理 4、投加酸
5、投加阻垢剂
19
谢谢观看
20
晶格没有歪曲
晶格歪曲后
晶格体坚硬，粘附性能强
晶格体松软，粘附性能差
11
阻垢剂的阻垢机理 分散机理
在阻止成长过程，添加剂必须能对表面的约束，但也必须在溶液中 体现一电荷组以避免和其它颗粒靠得太近。
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不同类型阻垢剂的阻垢机理
溶限效应
晶 核 增 长阻 断
*
晶 格 扭 曲
分 散
无机磷酸盐
*
有机磷酸盐
***
14
脱盐系统的结垢特点 影响结垢速率的参数 温度 pH值 离子浓度，Ca2+,Mg2+,HCO3二氧化碳释放量
TDS
15
脱盐系统的结垢特点
SOLUBILITY OF CALCIUM CARBONATE
碳酸钙溶解度
100
CONCENTRATION ppm
浓度
50
0
50
100
TEMPERATURE °C
温 度
16
硫酸钙
脱盐系统的结垢特点
硫酸钙溶解度虽然明显大于碳酸钙溶解度但也是有限的溶解度， 当在高浓度和温度等因素下硫酸钙会超出它的溶解度。
硫酸钙存在的各种形式
硬石膏 半水化合物 石膏
Concentration factor
Solubility of CaSO4 for varying seawater concentration and temperature. 硫酸钙在不同海水浓度和温度下的溶解度 5
7
阻垢剂的阻垢机理 晶格歪曲机理
阻垢剂官能基团与晶体碳酸根空间结构相似，形成点阵匹配
8
阻垢剂的阻垢机理 晶格歪曲机理
阻垢剂分子
碳酸钙结晶体
阻垢剂官能基团附着在碳酸钙结晶体不同形式的几个快速成长方向 上并阻止其正常成长
9
阻垢剂的阻垢机理 晶格歪曲机理
阻止结晶面的成长导致结晶体的扭曲
10
阻垢剂的阻垢机理 晶格歪曲机理
4 3
Anhydrite
Gypsum
浓 度 因 素
He m
iH yd rat
e
2 1
CaSO4 boundary for MSF plants.
0 65 Temperature C 温度 120 175
17
脱盐系统的结垢特点
其它结垢类型
磷酸钙 随pH升高溶解度下降 通常以无组织形式沉积但会转成结晶形式（羟磷灰石）