摘要：阻垢劑發(fā)展經(jīng)歷了無機(jī)鹽、聚合電解質(zhì)、天然高分子、有機(jī)磷酸、聚羧酸類共聚物等階段世界各國在新藥開發(fā)和提高藥劑性能方面取得了重大進(jìn)展。目前有機(jī)磷酸、有機(jī)多元磷酸及其鹽類是最廣泛應(yīng)用的阻垢劑，如ATMP、HEDP、PBTCA等 聚合物阻垢分散劑的工藝合成發(fā)展及現(xiàn)狀
關(guān)鍵詞：阻垢劑 聚羧酸類共聚物 聚合物 阻垢分散劑 磺酸類聚合物阻垢分散劑工藝合成
當(dāng)今世界水處理藥劑的研究開發(fā)中，聚合物阻垢分散劑是其中重要的組成部分。近年來新型羧酸類聚合的、磺酸類聚合物、含磷聚合物阻垢分散劑新品種層出不窮；皮外還出現(xiàn)一批新型環(huán)境友好的聚合物阻垢分散劑，為實(shí)現(xiàn)水處理綠色革命奠定了基礎(chǔ)。
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2.1羧酸類聚合物阻垢分散劑
聚羧酸類聚合物垢分散劑是一類以丙烯酸、馬來酸或者馬來酸酐為單位發(fā)生均聚或者與其它單位共聚而成的一類物質(zhì)，主要有聚丙烯酸、聚曱基丙烯酸(PMAA)、聚馬來酸(PMA)以及水解聚馬來酸酐(HPMA)等。此類阻垢劑有分散和凝聚作用還能正常排列從而達(dá)到阻垢和防垢的目的。丙烯酸類聚合物是以丙烯酸為主要單位，此類共聚合物對鈣和鎂等離子具有較強(qiáng)的鰲合能力。我國20世紀(jì)80年代初引進(jìn)丙烯酸/丙烯酸羥烷基酯二元和三元共聚合物后，成功開發(fā)了丙烯酸/丙烯酸酯類聚合物，奠定了水溶性聚合物水處理劑的基礎(chǔ)。以苯乙烯和馬來酸酐為原料在吡啶中以三氧化硫?yàn)榛腔瘎┻M(jìn)行磺化，制得磺化苯乙烯/順丁烯二酸酐共聚物，然后有碳酸氫鈉中和后得到水溶性的阻垢分散劑。
2.2磺酸類聚合物垢分散劑
磺酸類聚合物可以有效地防止由于均聚物與水離子反應(yīng)產(chǎn)生難溶性聚合物-鈣凝膠，特別對磷酸鈣垢有較好的抑制作用，能有效地分散顆粒物，穩(wěn)定金屬離子和有機(jī)膦酸，尤其對鐵垢有很好的阻垢分散作用，另外磺酸基團(tuán)對鹽不敏感，具有良好的抗溫、抗鹽能力，尤其是抗高價(jià)金屬離子的能力強(qiáng)，故在國內(nèi)外掀起了研究開發(fā)的熱潮。以水為溶劑，過硫酸銨為引發(fā)劑合成了丙烯酸/馬來酸酐/2-丙烯酰2-曱基丙磺酸三元共聚物，該共聚物對Ca3(PO4)2垢的鋅鹽的阻垢率分別為99.45％和74.42％，并且具有較好的分散氧化鐵性能。以丙烯酸、2-丙烯酸酰胺-2曱基丙磺酸和馬來酸酐為單體，合成了AA/AMPS/MA三元共聚物(代號YSS-96)，并對其性能進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，但藥劑濃度為8.0mg/L時(shí)，對鋅鹽的分散率為50.19％、對磷酸鈣垢的阻垢率為90.27％,對鋅的分散率為52.16％,均優(yōu)于相應(yīng)條件下HPMP和AA/Man共聚物水處理的阻垢性能，以馬來酸酐、烯丙基磺酸鈉、丙烯酰胺不原料，水為溶劑，過硫酸鹽為引發(fā)劑合成了馬來酸酐/烯丙基磺酸鈉/丙烯酰胺(MA/SAS/MA)三元共聚物，研究了聚合物的阻垢、分散及緩蝕性能，測定了阻垢劑濃度、溶液pH值、Ca2+濃度及介質(zhì)溫度對阻垢效果的影響。結(jié)果表明，當(dāng)HP值為9時(shí)，12mg/L的阻垢劑對磷酸鈣垢的抑制率達(dá)到97％，對鋅鹽為69％。聚合物對氧化鐵的分散效果好，對碳鋼具有一定的緩蝕性能。
磺酸類聚合物可以有效地防止由于均聚物與水離子反應(yīng)產(chǎn)生難溶性聚合物-鈣凝膠，特別對磷酸鈣垢有較好的抑制作用，能有效地分散顆粒物，穩(wěn)定金屬離子和有機(jī)膦酸，尤其對鐵垢有很好的阻垢分散作用，另外磺酸基團(tuán)對鹽不敏感具有良好的抗溫、抗鹽能力，尤其是抗高價(jià)金屬離子的能力強(qiáng)故在國內(nèi)外掀起了研究開發(fā)的熱潮。以水為溶劑，過硫酸銨為引發(fā)劑，合成了丙烯酸/馬來酸酐/2-丙烯酰胺2-曱基丙磺酸三元共聚物，該共聚物對Ca3(PO4)2垢的鋅鹽的阻垢率分別為99.45％和74.42％，并且具有較好的分散氧化鐵性能。以丙烯酸、2-丙烯酸酰胺-2曱基丙磺酸和馬來酸酐為單體，合成了AA/AMPS/MA三元共聚物(代號YSS-96)，并對其性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：藥劑濃度為8.0mg/L時(shí)，對鋅鹽的分散率為50.19％、對磷酸鈣垢的阻垢率為90.27％,對鋅的分散率為52.16％,均優(yōu)于相應(yīng)條件下HPMP和AA/Man共聚物水處理的阻垢性能。
2.3含磷類聚合物阻垢分散劑
有機(jī)含磷聚合物是由無機(jī)物單體次磷酸與其他有楊單體檢聚而成的聚合物，一類稱之為膦酸亞基聚羧酸、膦基聚羧酸或聚膦基羧酸(PCA)；另一類稱之為膦?；人?POCA)。其特點(diǎn)是將羧基與膦基結(jié)合于同一個(gè)分子之中，由于其分子上同時(shí)含有=PO(OH)基團(tuán)和-COOH基團(tuán)，因而具有較好的阻垢和緩蝕能力。以丙烯酸、馬來酸和次磷酸鈉為主要原料全成出含膦基丙烯酸/馬來酸酐共聚物阻垢劑ZPS-01，并對其性能進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ZPS-01不僅能有效地抑制CaCO3、CaSO4和Ca3(PO4)2的沉積，而且還能有效地穩(wěn)定Zn2+，并且配伍性好，用量少，在高鈣、弱堿性及高溫等惡劣水質(zhì)體系中具有阻垢性能好，熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。以異丙烯膦酸、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-曱基丙磺酸為原料制得AA/IPPA/AMPS聚合物阻垢劑，它對CaCO3和Ca(PO4)2垢和垢具有較好的阻垢作用，對碳鋼具有較好的緩蝕性能。當(dāng)藥劑用量為10mg/L時(shí)對CaCO3垢和Ca3(PO4)2垢的阻垢率分別為39.07％和98.55％，對碳鋼的緩蝕率可以達(dá)98.56％.
2.4環(huán)境友好型阻垢分散劑
聚環(huán)氧琥珀(簡稱PESA)是20世紀(jì)90年代初首先由美國Betz實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的無磷無氮的綠色水處理劑，由于其分子中含有羧基和醚基兩種官能團(tuán)，比HEDP、HOMA具有更好的阻垢性能，可以與無機(jī)磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽、聚丙烯酸類、聚馬來酸類等多種阻垢劑復(fù)配，形成低磷或無磷的性能優(yōu)異的阻垢劑，兼有緩蝕和阻垢雙重功能，具有生物降解性好，應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。
2.5結(jié)垢機(jī)理
藥劑包括聚合物、表面活性劑和堿劑。由于堿劑的存在，會使驅(qū)油體系水溶液的PH值增高，巖面中的二氧化硅在高PH值的驅(qū)油體中被大量溶解，同時(shí)巖面中二氧化氧的溶解又會造成液體中Ca2+,Mg2+,Ba2+等二價(jià)金屬陽離子及SiO42-濃度的增加，金屬離子很容易與SO42-、CO32-、SiO32-等酸根離子結(jié)合，從而形成垢物沉淀。
(1)碳酸鹽、硅酸鹽及硫鹽垢；最常見的垢是碳酸鈣、硫酸鈣鎂、硅酸鈣、碳酸鎂等。
(2)氫氧化鈣和氫氧化鎂垢：當(dāng)氫氧化鈣相對于碳酸鈣來說溶解度較大，一般情況下結(jié)垢的可能性較小，但由于大量堿存在液體的PH值較大，也存在氫氧化鈣結(jié)垢的可能性。
(3)鐵鹽：油水混合物中常含F(xiàn)e2+和 Fe3+，他們與水中OH-發(fā)生反應(yīng)生成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀。另外，含有鐵離子的油水混合物還可能生成FeCO3和 Fe2O3等沉積物。
(4)硅鋁垢：這種垢在底層中鋁含量時(shí)最易生成。如果底層組分為高領(lǐng)土、蒙脫土以及其他高含二氧化硅、三洋化鋁的巖石，也較容易生成。對垢的成分化驗(yàn)表明，垢的組成主要有以下幾種：硅酸鈣、硅酸鎂、碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鈣、碳酸鎂及鐵鹽等
3 結(jié)論
⑴以馬來酸酐、丙烯酸、AMPS為聚合單體，早催化劑的作用下，采用水溶液自由基聚合反應(yīng)是可行的。
⑵分散阻垢劑最佳工藝為：m(AA):m(H2O2):m(AMPS):m(MA)=40：45：10：60，反應(yīng)溫度120℃滴加時(shí)間1h，繼續(xù)反應(yīng)時(shí)間1.5h得到阻垢分散劑性能最佳，阻垢率達(dá)到94%。
⑶單體在水溶液中完成共聚反應(yīng)，聚合過程無排放實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的綠色化，通過參考文獻(xiàn)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步深入，了解正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案和計(jì)算方法。
通過合成實(shí)驗(yàn)深刻感受到基本操作的重要性，對自己操作中存在的問題游樂深刻認(rèn)識并及時(shí)改正。通過結(jié)論分析得到了最佳合成工藝條件，反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)時(shí)間1.0h，滴加時(shí)間1.5h，丙烯酸，雙氧水，馬來酸酐2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的質(zhì)量比為40：45：10：60。
文章來源：http://www.xzbu.com/2/view-4613044.htm
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