Page 87 - 《精细化工》2020年第12期
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第 12 期                     赵   彦，等:  循环冷却水系统除碳酸钙污垢的研究进展                                 ·2449·


                 小分子无机酸如硫酸、盐酸等可用于换热设备                          冷却水系统选配阻垢剂时缺乏实验数据支撑，容易
            的除垢清洗，氢离子会中和碳酸氢盐从而减缓结垢，                            导致配比量超额或不足的情况发生。
            具有除垢率高和除垢速度快等优势。然而无机酸会
                                                               2   绿色阻垢剂
            造成水体的 pH 值下降并腐蚀换热设备，因此，对设
            备损害较轻的磷酸盐类阻垢剂逐渐得到开发和应用。
                                                               2.1   基于石化产品的绿色阻垢剂
                 磷酸盐类阻垢剂的作用机理为络合和晶格畸
                                                                   不含氮和磷并且可生物降解的阻垢剂被称为绿
                                2+
            变，磷酸基团会与 Ca 等金属离子络合而降低水中
                                                               色阻垢剂，绿色阻垢剂在水体中的存在不会对生态
            金属离子质量浓度，同时磷酸盐和矿物离子的螯合
                                                               环境造成恶劣的影响，表 2 列举了新型的绿色阻垢
            反应会破坏结垢层的生长，即使低质量浓度的磷酸                             剂，并对其特性进行了描述。聚天冬氨酸（PASP）
            盐也能达到显著的阻垢效果             [20] 。磷类阻垢剂在应用
                                                               是一种高效的绿色阻垢剂            [35-36] ，QUAN 等 [37] 分别通
            中还表现出阈值效应，即一定质量浓度的除垢剂可
                                                               过静态和动态实验验证了 PASP 的除垢性能，质量
            达到最大的除垢效率，多种磷类阻垢剂使用时还会
                                                               浓度 3 mg/L 的 PASP 对质量浓度 600 mg/L  CaCO 3
            表现出协同效应，即复合阻垢剂的阻垢能力高于任                             溶液的阻垢率达到 90%。WU 等            [38] 研究了方解石在
            何单一阻垢剂的阻垢能力            [21-22] 。
                                                               PASP 溶液中的溶解行为，在高 pH（≥7）时，PASP
                 随着污水排放标准的提高，磷酸盐类阻垢剂的
                                                               通过表面吸附和络合去除方解石，在低 pH（≤5）
            开发倾向于低磷和多官能团化，官能团种类的增多
                                                               时，PASP 在方解石表面的吸附起更重要的作用，酸
            也为复杂水质情况下循环水系统的维护提供了解决
                                                                                                   2+
                                                               性部分对碳酸盐的攻击和螯合基团对 Ca 的络合都
            方案，多种阻垢剂的共聚物以及多官能团化的阻垢                             会影响方解石的溶解，溶液中 PASP 质量浓度和总
            剂有大量的研究报道          [23-25] 。
                                                               酸度的增大加快了方解石的溶解速率。PASP 良好的
                 通过将多种阻垢剂单体聚合可以制成共聚物类
                                                               生态效益得到较多学者的认同，THOMBRE 等                  [36] 指
            阻垢剂，其性能较单体有所提升，然而共聚物类阻
                                                               出 PASP 可实现完全的生物降解，因而可被称为是
            垢剂在使用中往往面临着因水解而导致除垢性能下
                                                               生态友好的阻垢剂，HASSON 等             [35] 认为基于 PASP
            降的问题     [26] ，温度越高阻垢性能下降速度越快，这
            是因为，温度的升高加速了聚合物的分解                        [27]  。  的除垢剂最有希望替代传统不可降解的除垢剂，基
                                                                                                    [39-40]
            NEVEUX 等    [28] 在核电站的工业循环冷却水系统中                   于 PASP 高效阻垢剂的开发有广泛的报道                    。
                                                                   聚环氧琥珀酸（PESA）也是阻垢性能优良的绿
            分别使用了 3 种商用聚合物类阻垢剂：丙烯酸共聚
                                                               色阻垢剂。SUN 等        [41] 利用静态和动态方法研究了
            物、丙烯酸均聚物和羧酸酯共聚物来进行阻垢剂的
                                                               PESA 对 CaCO 3 的抑制能力，质量浓度 10 mg/L 的
            效率研究。在长达 9  周的运行中，3 种阻垢剂随着
                                                               PESA 对质量浓度 1110 mg/L的碳酸氢钙溶液的阻垢
            水温和水质条件改变表现出了相似的变化特性，水
                                                               率高达 98%，在不同的水质中，PESA 的阻垢能力
            温从 35  ℃升至 45  ℃，3 种阻垢剂的效率都有明显
                                                               同样出色。LI 等      [42]
            的下降，并且阻垢剂即使在高质量浓度时也达不到                                              对比了不同种类阻垢剂在 Fe 2 O 3
                                                               和 Fe 3 O 4 表面对 CaCO 3 生长的抑制情况，结果发现，
            完全的抑制作用，需要加酸来维持系统的安全运行。
            YANG 等   [27] 使用马来酸酐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙                 PESA 的抑制能力要优于 PASP，因而认为阻垢剂与
            烷磺酸和 3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙烷磺酸合成了三元                       表面之间的吸附能低是阻垢剂抑制能力强的原因。
            共聚物，研究了不同配比的共聚物在水质条件波动                             LIU 等 [43] 对 PESA 和 PASP 的除垢性能进行了比较，
            下的阻垢性能，在 pH 为 9.0 和 10.0 时，9 种配比的                  静态实验表明，在低质量浓度情况下，PESA 对
            共聚物的阻垢性能均大幅下降，在 pH 为 10.0 时的                       CaCO 3 的抑制能力明显优于 PASP。CHAUSSEMIER
            阻垢效率都低于 20%。对于聚合类阻垢剂性能的评                           等 [44] 分析了 PASP 和 PESA 的除垢特性，并提出
            定而言，水解速率是重要指标之一。                                   PESA 在水处理技术领域是 PASP 的潜在替代物。
                 在不同的温度和 pH 环境中，阻垢剂的阻垢效                            SETTA 等  [45] 发现羧甲基菊粉（CMI）、PASP 和
            果有所不同，只有在最佳性能温度时使用才会达到                             聚马来酸（PMA）都需要更高的质量浓度才能达到
            最佳阻垢效果       [29] ，然而实际工业现场中使用阻垢剂                  聚膦酸酯羧酸（PPCA）对 CaCO 3 的抑制能力，余
            时的环境温度与阻垢剂的最佳性能温度并不匹配，                             吉良等   [46] 在静态阻垢实验中发现，HEDP 和 PAA 的
            阻垢剂也缺少温度和阻垢性能的变化关系参考。有                             阻垢效果要优于 PASP，绿色阻垢剂的性能较传统化
            关阻垢剂在不同环境时的性能数据较为少见，循环                             学阻垢剂还有较大的提升空间。
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