張玲玲，穆浩榮，紀(jì)兆圻，玄　穎，白淑琴

(內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,呼和浩特　010021)

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EDTA對(duì)硅垢形成過程的影響機(jī)理

張玲玲，穆浩榮，紀(jì)兆圻，玄穎，白淑琴

(內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,呼和浩特010021)

為揭示EDTA對(duì)硅酸聚合沉淀過程的影響機(jī)理，本文結(jié)合濁度分析法和粒度分析法研究了有無添加EDTA的不同濃度硅酸鈉溶液的濁度變化及粒徑變化。濁度分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硅酸鈉濃度為400mg·L-1和800mg·L-1時(shí)，溶液的濁度基本相同，在3NTU左右。而硅酸鈉濃度大于800mg·L-1時(shí)，溶液濁度隨濃度的增大而增大。在同樣的硅酸鈉溶液中添加一定濃度的EDTA時(shí)，混合溶液的濁度大于相應(yīng)的硅酸鈉溶液的濁度，且添加的EDTA濃度越大濁度越大，說明EDTA促進(jìn)硅酸的聚合反應(yīng)。粒度分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加EDTA的混合溶液中所形成的硅膠顆粒的粒徑比相應(yīng)的硅酸鈉溶液的粒徑大，且隨EDTA濃度的增加而增大，說明EDTA促進(jìn)硅膠顆粒的生長。根據(jù)FT-IR分析結(jié)果推測(cè)EDTA對(duì)硅酸聚合沉淀的促進(jìn)機(jī)理如下：EDTA分子內(nèi)所含的羰基上的氧原子或胺基上的氮原子通過氫鍵與溶液中已形成的硅膠體表面的Si-OH官能團(tuán)相互作用，通過P-P反應(yīng)把小的硅膠顆粒集聚到一起，促進(jìn)硅膠顆粒的生長，從而促進(jìn)硅酸的聚合沉淀反應(yīng)。

硅垢；EDTA； 粒度分布；FT-IR分析； 促進(jìn)機(jī)理

1　引　言

水垢是水中溶解的電解質(zhì)以礦物質(zhì)的形式沉淀在水利用設(shè)備表面或輸送管道內(nèi)壁的難溶固體物質(zhì)，也叫礦物垢(mineralscale)[1]。在工業(yè)用水的循環(huán)使用過程、地?zé)崴l(fā)電廠的熱水循環(huán)使用系統(tǒng)、甚至在給水排水管網(wǎng)的使用過程中，由于水的不斷蒸發(fā)，很多溶解在水中的溶解成分被濃縮，溶液呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)，以沉淀的形式附著在循環(huán)設(shè)備管道內(nèi)壁，降低熱交換效率，減小流速，甚至堵塞輸送管道，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2,3]. 為去除水循環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生的水垢，通常需要定期停產(chǎn)清洗從而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[4]。水利用系統(tǒng)中的水垢有碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢和混合水垢等[3]。其中硅酸水垢的主要成分為無機(jī)硅酸鹽(如Ca2+,Mg2+,Al3+,Fe3+)和無定形二氧化硅，致密堅(jiān)硬，不溶于普通酸堿，是目前最難處理的水垢[5]。因此，了解二氧化硅的生成機(jī)理及生成速度對(duì)循環(huán)冷卻水的處理、工業(yè)廢水處理及海水淡化工藝的改進(jìn)至關(guān)重要。目前，水垢處理方法大致分兩大類，一種是結(jié)垢前添加阻垢劑的方法，另一種則是結(jié)垢后的物理化學(xué)處理方法[6,7]。由于很多無機(jī)硅酸鹽都屬于難溶鹽，無機(jī)物對(duì)硅酸沉淀沒有抑制作用，因此硅垢抑制劑的研究都以有機(jī)物為目標(biāo)物，如聚丙烯酰胺、甲基丙烯酸、試鈦靈等對(duì)硅垢的形成都有一定的抑制作用[8-10]。但水溶性有機(jī)物種類少及能夠與硅酸相互作用的有機(jī)物少等因素限制了硅垢抑制劑的開發(fā)利用。因硅垢成分復(fù)雜，關(guān)于硅垢抑制劑的研究都以抑制硅酸沉淀反應(yīng)為研究對(duì)象。作為很多金屬離子配位劑的EDTA被廣泛用于鍋爐水垢的清洗過程中，對(duì)鈣鎂型水垢、銅鐵型水垢都有很好的處理效果[11,12]。然而，EDTA和硅酸的相互作用及EDTA的添加對(duì)鍋爐用水中硅酸沉淀形成硅垢的過程有無影響尚未明確。因此，本文以EDTA為添加劑，利用濁度分析法和粒度分析法研究其對(duì)硅酸聚合沉淀過程的影響，揭示EDTA對(duì)硅酸聚合沉淀的影響機(jī)理，為水利用系統(tǒng)中抑制硅垢的形成提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2　實(shí)　驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用的試劑均為分析純，溶劑均為超純水。為了保證0.1mol·L-1的硅酸鈉儲(chǔ)備溶液中的硅酸以單硅酸的形式存在，用已配制的0.1mol·L-1氫氧化鈉溶液溶解固體硅酸鈉。用超純水直接配制濃度為0.2mol·L-1的EDTA二鈉溶液和濃度為1mol·L-1的氯化鈉溶液。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

2.2.1硅酸的聚合

配制14mmol·L-1(相當(dāng)于400mg·L-1)的硅酸鈉溶液500mL，倒入燒杯中，用磁力攪拌器不斷攪拌，用適當(dāng)濃度的鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)其pH值為8。配制溶液時(shí)，加入0.1mol·L-1的氯化鈉調(diào)節(jié)溶液的離子強(qiáng)度為0.1(即I=0.1)。按一定的時(shí)間間隔取樣，用紫外-可見分光光度計(jì)(Alpha-1506)測(cè)定溶液的吸光度，根據(jù)濁度標(biāo)準(zhǔn)(福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)溶液)溶液的吸光度計(jì)算樣品溶液的濁度。改變硅酸鈉的濃度(800～1600mg·L-1)進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，研究濃度變化對(duì)硅酸聚合過程中濁度的影響。

2.2.2EDTA對(duì)硅酸聚合過程的影響

(1)為探究EDTA對(duì)硅酸聚合過程的影響，在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，向不同濃度的硅酸鈉液中添加EDTA二鈉進(jìn)行硅酸鈉的聚合反應(yīng)。混合液中兩種物質(zhì)的量濃度比為C(硅酸鈉)∶C(EDTA)=1∶1.5。

(2)在濃度為800mg·L-1的硅酸鈉溶液中，分別加入不同濃度比的EDTA二鈉，保持物質(zhì)的量濃度比為C(硅酸鈉)∶C(EDTA)=1∶0.5、1∶1.5、1∶3的條件下進(jìn)行硅酸鈉的聚合反應(yīng)。

2.2.3硅酸聚合過程中的粒徑變化

在800mg·L-1的硅酸鈉溶液中添加EDTA二鈉，使混合溶液的濃度比為1∶0、1∶1、1∶1.5、1∶2和1∶3(物質(zhì)的量濃度)。調(diào)節(jié)pH值為8后放在恒溫震蕩器中進(jìn)行聚合反應(yīng)(25 ℃，200r/min)。按一定的時(shí)間間隔取樣，用激光粒度儀(MICROTRACS3500)測(cè)定溶液中硅酸膠體的粒徑分布。

2.2.4紅外光譜的測(cè)定

將實(shí)驗(yàn)2.2.2中，加入1.5倍EDTA二鈉的硅酸鈉溶液(800mg·L-1)繼續(xù)攪拌24h，用0.45μm的膜過濾得到濾渣，經(jīng)自然風(fēng)干后，用KBr壓片法制成樣品，用傅里葉紅外光譜儀(BRUKERTENSOR27)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定波數(shù)范圍為4000～400cm-1。

3　結(jié)果與討論

3.1硅酸聚合過程中溶液濁度的變化

工業(yè)用水幾乎都采用河流湖泊等地表水或地下水，所含的硅酸濃度因地質(zhì)條件不同而不同。地表水中硅酸濃度約在10～50mg·L-1，而在溫泉或地?zé)岚l(fā)電廠所用的地?zé)崴泄杷岷扛哌_(dá)200～500mg·L-1[13]。無論是地表水還是地下水，由于在實(shí)際使用過程中不斷蒸發(fā)，都會(huì)造成硅酸濃度過飽和而引發(fā)硅酸的聚合沉淀反應(yīng)。溶液中硅酸的聚合沉淀反應(yīng)如下：

Si(OH)4+Si(OH)4[(HO)3Si-O-Si(OH)3](二聚體)+H2O

(1)

[(HO)3Si-O-Si(OH)3] +Si(OH)4[(HO)3Si-O-Si(OH)2-Si(OH)3] +H2O(三聚體)

(2)

[Si(OH)4]n-1+Si(OH)4[SiO(OH)3]n(聚合物)+H2O

(3)

[SiO(OH)3]n+ [SiO(OH)3]n[SiO(OH)2OSiO(OH)2]n(聚合物)+H2O

(4)

即單硅酸分子之間通過脫水縮合反應(yīng)生成二聚體，二聚體再與單硅酸分子反應(yīng)生成三聚體。二聚體和三聚體之間也發(fā)生脫水縮合反應(yīng)生成聚合度更大的硅酸膠體。不同聚合度的硅酸膠體之間通過靜電引力生長為三維空間的大顆粒沉淀下來[14]。硅酸膠體達(dá)到一定的大小時(shí)會(huì)對(duì)光產(chǎn)生散射作用，可通過濁度分析法研究其聚合沉淀反應(yīng)。濁度可以反映溶液中分散顆粒的數(shù)量、大小和形狀等物理指標(biāo)[15]。圖1表示不同濃度硅酸鈉溶液的濁度隨時(shí)間的變化。硅酸濃度分別為400mg·L-1和800mg·L-1時(shí)，溶液的濁度在500min內(nèi)基本不變，說明硅酸濃度低時(shí)濁度變化小。而硅酸濃度分別為1200mg·L-1和1600mg·L-1時(shí)，溶液的濁度分別在110min和60min開始緩慢增長，500min時(shí)分別達(dá)到44NTU和110NTU，說明硅酸濃度越高越容易形成膠體。根據(jù)聚合沉淀的經(jīng)典理論，沉淀的生成需要一定的誘導(dǎo)時(shí)間，而誘導(dǎo)時(shí)間包括以下3個(gè)階段：①緩和階段：分布在過飽和溶液中生成沉淀的成分匯聚成分子簇所需要的時(shí)間；②成核階段：形成穩(wěn)定的核所需要的時(shí)間；③生長階段：核生長成可測(cè)定的大顆粒所需要的時(shí)間[16]。由圖2可知，硅酸濃度低時(shí)，所需要的誘導(dǎo)時(shí)間長，隨著濃度的增加誘導(dǎo)時(shí)間逐漸變短，表明硅酸濃度高容易形成核或核容易生長成大顆粒。

圖1　不同初始濃度硅酸鈉溶液的濁度隨時(shí)間的變化(■: 400 mg·L-1；◇: 800 mg·L-1；○: 1000 mg·L-1；▲: 1200 mg·L-1；◆: 1600 mg·L-1)Fig.1　Change of turbidity with different concentration of sodium silicate

3.2EDTA二鈉對(duì)硅酸濁度的影響

EDTA是一種配位能力極強(qiáng)的氨羧配位劑，幾乎可以與所有的金屬離子螯合生成配合物。為評(píng)價(jià)水垢清洗劑EDTA對(duì)硅垢形成的影響，在不同濃度的硅酸鈉溶液(400～1200mg·L-1)中加入EDTA二鈉，并保持混合液中的摩爾濃度比C(硅酸鈉)∶C(EDTA) 為 1∶1.5，測(cè)定了混合溶液的濁度。圖2是有無EDTA添加時(shí)不同濃度硅酸鈉溶液的濁度隨時(shí)間的變化。由圖2a可知，在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)兩種溶液的濁度一直保持在2NTU左右，說明EDTA的添加對(duì)400mg·L-1的硅酸鈉溶液的濁度沒有影響。800mg·L-1的硅酸鈉溶液的濁度在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)變化也不大，約3NTU左右(圖2b)，而添加EDTA后的混合溶液濁度從130min開始緩慢增長，500min時(shí)達(dá)到32NTU，說明EDTA的添加對(duì)800mg·L-1硅酸的聚合反應(yīng)具有促進(jìn)作用。同樣，在圖2c和2d中，硅酸濃度越大對(duì)應(yīng)的濁度越大，且添加EDTA的溶液的濁度都比純硅酸鈉溶液的濁度大，進(jìn)一步說明EDTA對(duì)硅酸的聚合反應(yīng)有促進(jìn)作用。

圖2　有無EDTA添加的不同濃度硅酸鈉溶液的濁度隨時(shí)間的變化(〇：純硅酸溶液；◆：硅酸與EDTA混合液；a: 400 mg·L-1；b: 800 mg·L-1；c: 1000 mg·L-1；d: 1200 mg·L-1)Fig.2　Change of the turbidity of sodium silicate solutions in the presence and absence of EDTA

圖3　添加不同濃度EDTA時(shí)硅酸鈉溶液的濁度隨時(shí)間的變化(添加EDTA的比例：〇：0; □：0.5 ; ▲：1.5 ; ◆：3)Fig.3　Change of the turbidity of sodium silicate solutions in the presence different concentration of EDTA

圖3表示向硅酸濃度為800mg·L-1的溶液中加入不同濃度EDTA時(shí)混合溶液的濁度隨時(shí)間的變化。在相同時(shí)間點(diǎn)，隨著EDTA的添加量增大，混合溶液的濁度逐漸增大，表明EDTA濃度越高越促進(jìn)硅酸的聚合沉淀反應(yīng)。如上述，硅酸的聚合沉淀反應(yīng)可分為以下三種[17]. ①單硅酸和單硅酸的反應(yīng)M-M，如反應(yīng)式(1)；②單硅酸和聚硅酸的反應(yīng)M-P，如反應(yīng)式(2)；③聚硅酸和聚硅酸的反應(yīng)P-P，如反應(yīng)式(4)。由于EDTA分子中含有六個(gè)配位原子，與單硅酸或聚硅酸均有可能發(fā)生反應(yīng)。如果與單硅酸反應(yīng)，溶液中以單硅酸形式存在的分子比例減小，相應(yīng)地溶液的濁度將會(huì)減小。然而，本次研究中添加EDTA后的硅酸溶液的濁度變大，說明EDTA與聚合體(二聚體或三聚體等小的聚硅酸)或聚硅酸相互作用，使溶液中聚硅酸的核數(shù)增加，或使已形成的硅酸膠體聚集在一起形成尺寸更大的硅酸膠體，增強(qiáng)對(duì)光的散射能力，使得溶液的濁度變大。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)，EDTA可能參與了P-P反應(yīng)，促進(jìn)了硅酸顆粒的生長，從而使溶液的濁度變大。

3.3硅酸聚合過程中的粒徑變化

為驗(yàn)證上述推測(cè)并揭示EDTA對(duì)硅酸聚合過程的影響機(jī)理，對(duì)純硅酸鈉溶液和添加EDTA后的混合溶液中硅酸膠體的粒徑分布進(jìn)行了測(cè)定。激光衍射粒度分析法能夠直接測(cè)定溶液中固體硅膠顆粒的大小及分布狀態(tài)。圖4是硅酸鈉溶液和添加EDTA的硅酸鈉溶液中硅膠體的粒徑分布隨時(shí)間的變化。圖4a為800mg·L-1硅酸鈉溶液中所形成的硅膠體的粒徑分布。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行2h時(shí)，粒徑主要分布在30μm左右，且隨著反應(yīng)時(shí)間的延長粒徑逐漸增大，10h時(shí)主要分布在44μm左右。與此相比，添加EDTA(圖4b)的硅酸鈉溶液中所形成的硅膠體粒徑在2h時(shí)主要分布在35μm左右，10h時(shí)主要分布在148μm左右，說明EDTA的添加促進(jìn)硅膠顆粒的生長。所以，EDTA通過促進(jìn)膠體顆粒的生長增大溶液濁度。

圖4　硅酸鈉溶液和添加EDTA的硅酸鈉溶液中硅膠體粒徑分布隨時(shí)間的變化(a)硅酸鈉溶液;(b)添加1.5倍EDTA的硅酸鈉溶液Fig.4　Size distribution of colloid silica with time in the presence and absence of EDTA

圖5表示不同濃度EDTA的添加對(duì)反應(yīng)進(jìn)行6h時(shí)的硅膠體粒徑分布的影響。無EDTA添加的硅膠體的粒徑主要分布在37μm左右；而添加EDTA的量是硅酸鈉濃度的1倍時(shí)，含量最多的粒徑分布在31.11μm左右，而且粒徑37μm左右的粒子的含量也增加，說明EDTA的添加促進(jìn)小顆粒變成大顆粒。隨著EDTA添加濃度的增加，小顆粒的含量逐漸減小，硅膠體的粒徑逐漸變大，對(duì)硅膠顆粒生長的促進(jìn)作用也增大。當(dāng)添加3倍的量時(shí)，粒徑主要分布在148μm左右，生成了明顯的肉眼能觀察到的沉淀。根據(jù)硅酸的聚合沉淀理論，在飽和的硅酸溶液中，硅膠體發(fā)生自動(dòng)集聚現(xiàn)象。因此，通過激光衍射法測(cè)到的粒徑表示聚集到一起的硅膠顆粒的大小，而不是單個(gè)硅酸顆粒的大小。Tobler等[18]利用透射電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)硅酸鈉溶液中發(fā)生聚合反應(yīng)時(shí)，在3h內(nèi)能夠形成粒徑在8nm左右的硅膠顆粒。本研究得到的硅膠粒徑在幾十微米范圍內(nèi)，說明不僅硅膠體之間發(fā)生了自動(dòng)集聚，EDTA的添加進(jìn)一步促進(jìn)了集聚。推測(cè)EDTA通過分子內(nèi)的配原子吸附在已經(jīng)形成的小硅膠顆粒上，使更多的小顆粒集聚在分子周圍形成了大的硅膠顆粒。

圖5　不同濃度EDTA的添加對(duì)硅膠體粒徑分布的影響Fig.5　Effect of different concentration of EDTA on the size distribution of colloid silica

圖6　固體樣品的紅外光譜分析圖(a)純二氧化硅；(b)從添加EDTA的硅酸鈉溶液得到的固體樣品Fig.6　FI-IR spectra of silica gel and sample from sodium silicate solution with added EDTA

3.4紅外光譜分析

為了證實(shí)EDTA對(duì)硅酸聚合沉淀過程的促進(jìn)機(jī)理的推測(cè)，對(duì)過濾得到的濾渣進(jìn)行了紅外吸收光譜分析，結(jié)果如圖6所示。a是純二氧化硅的譜圖，b是添加EDTA后所得的固體樣品的譜圖。在兩個(gè)譜線上都出現(xiàn)了六個(gè)相同的峰，在462cm-1、790cm-1、964cm-1出現(xiàn)的三個(gè)不同強(qiáng)度的峰分別屬于O-Si-O的彎曲振動(dòng)、伸縮振動(dòng)和Si-O鍵在面內(nèi)的彈性振動(dòng)[19,20]。在1068cm-1處出現(xiàn)的大而寬的峰屬于O-Si-O的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)，表明兩個(gè)樣品中存在致密的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[19]。而在1619cm-1和 3413cm-1出現(xiàn)的峰分別屬于通過氫鍵吸附在SiO2表面的水分子的變形振動(dòng)和SiO-H的伸縮振動(dòng)[21]。而譜線b上出現(xiàn)的峰數(shù)比譜線a的多，說明有機(jī)分子吸附于SiO2的表面上。在譜線b的1400cm-1處出現(xiàn)的峰屬于羧酸根中C=O鍵的彎曲振動(dòng)。在2848cm-1、2920cm-1和1650cm-1三個(gè)峰分別屬于C-H彎曲振動(dòng)、C-H伸縮振動(dòng)和N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)，說明EDTA分子吸附在二氧化硅的表面或被埋在二氧化硅固體內(nèi)部。

3.5EDTA促進(jìn)硅酸聚合沉淀的機(jī)理

圖7　EDTA在硅膠顆粒表面的吸附模式 (圓球表示聚硅酸)Fig.7　Adsorption model of EDTA on the surface of colloid silica (ball is polysilicic acid)

由粒度分布測(cè)定結(jié)果及紅外吸收光譜分析定結(jié)果可知，EDTA通過吸附在已經(jīng)形成的硅膠的表面，促進(jìn)了硅酸的聚合沉淀。水溶液中的硅膠體表面富含Si-OH官能團(tuán)，與EDTA分子中所含的羰基上的氧原子或胺基上的氮原子通過氫鍵相互作用，把EDTA分子吸附在硅膠體的表面。EDTA可以通過單齒吸附在一個(gè)硅膠體的表面，也可以通過雙齒、三齒等多齒的形式吸附在一個(gè)或多個(gè)硅膠體表面，圖7形象地描述了EDTA分子與硅膠體相互作用的幾種模式，圖7a表示EDTA通過多齒吸附在一個(gè)硅膠體表面；圖7b是EDTA通過單齒吸附在一個(gè)硅膠體表面；圖7c是EDTA通過多齒吸附多個(gè)硅膠體表面。根據(jù)粒度分布測(cè)定結(jié)果，EDTA通過多齒吸附在不同的幾個(gè)硅膠體上，使硅膠體集聚在一起形成更大的硅膠體，而EDTA本身被埋在膠體內(nèi)部或部分裸露在膠體表面上，對(duì)硅膠顆粒的生成起到類似粘合劑的作用。即，EDTA通過促進(jìn)P-P反應(yīng)，促使硅膠顆粒生長成大顆粒。天然水中硅酸主要以可溶性硅酸(H4SiO4)、硅膠體((SiO2)m(H2O)n)和微粒硅三種形式存在[22]。EDTA作為清洗劑被添加到工業(yè)用水中時(shí)，如果水中硅酸濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，或水中已經(jīng)存在膠體硅或微粒硅，那么，EDTA的添加會(huì)促進(jìn)硅垢的形成與生長，不利于生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行。因此，在考慮利用EDTA作為化學(xué)清洗劑去除水垢的過程中，不但要考慮EDTA對(duì)于水體中金屬離子的去除，而且要考慮其對(duì)硅酸聚合沉淀的影響。由本研究結(jié)果可知，可以通過添加EDTA促進(jìn)硅酸的聚合沉淀，再從水利用系統(tǒng)中分離除掉。如果在水循環(huán)利用過程中設(shè)計(jì)滯留槽，在水進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)之前添加適量的EDTA，促使硅酸沉淀在滯留槽內(nèi)，就可減少輸水管道內(nèi)硅垢的生成，具有推廣意義。

4　結(jié)　論

硅酸濃度過飽和時(shí)溶液中自動(dòng)發(fā)生聚合反應(yīng)，使溶液的濁度增加，且隨著硅酸濃度的升高溶液的濁度越大。EDTA添加到過飽和的硅酸溶液時(shí)，溶液的濁度比純硅酸中的濁度大，說明EDTA對(duì)硅酸的聚合沉淀具有促進(jìn)作用。在同一濃度的硅酸鈉溶液中，添加的EDTA濃度越大，溶液的濁度越大，同時(shí)溶液中生成的硅膠顆粒也越大。EDTA在硅酸的聚合沉淀反應(yīng)中通過吸附作用使很多小的硅膠顆粒積聚到一起變成大的顆粒。EDTA吸附在硅膠顆粒表面的模式有單齒吸附在一個(gè)顆粒、多齒吸附在一個(gè)顆粒、多齒吸附在不同的顆粒表面等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)具體促進(jìn)機(jī)理如下：EDTA分子內(nèi)所含的羰基上的氧原子或胺基上的氮原子通過氫鍵與溶液中已形成的硅膠體表面的Si-OH官能團(tuán)相互作用，把小的硅膠顆粒集聚到一起，促進(jìn)硅膠顆粒的生長。

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EffectofEDTAontheSilicaScaleFormationandItsMechanisms

ZHANG Ling-ling,MU Hao-rong,JI Zhao-qi,XUAN Ying,BAI Shu-qin

(CollegeofEnvironmentandResources,InnerMongoliaUniversity,Hohhot010021,China)

ToevaluatetheeffectofEDTAonthepolymerizationofsiliconacid,theturbidityanalysismethodandparticlesizeanalysismethodwereusedtoinvestigatethechangesofturbidityandparticlesizeinthedifferentconcentrationofsodiumsilicatesolutionswithpresenceandabsenceofEDTA.Turbidityanalysisfoundthattheturbidityofsodiumsilicatesolutionwithconcentration400mg·L-1and800mg·L-1werearound3NTU.Moreover,theturbidityincreasedwiththeincreaseoftheconcentrationofsodiumsilicatesolutionwhentheconcentrationwasgreaterthan800mg·L-1.TheturbidityofsodiumsilicatesolutionwithcertainamountofEDTAwaslargerthanthatthecorrespondingpuresodiumsilicatesolution,andincreasedwiththeincreaseoftheconcentrationofEDTA,indicatingthatEDTAacceleratethepolymerizationreactionofsiliconacid.ParticlesizeanalysisresultsshowthatthesizeofsilicagelparticlesformedinmixturesolutionwithsodiumsilicateandEDTAwaslargerthanthatformedinthecorrespondingpuresodiumsilicatesolution,suggestingtheEDTAacceleratethegrowthofsilicagelparticles.BasedontheFT-IRanalysisresults,theacceleratingmechanismofEDTAforsiliconacidpolymerizationreactionwereextrapolatedasfollows:theoxygenatomsinthecarbonylgroupsandnitrogenatomintheaminogroupsinteractedwithhydroxylgroups(Si-OH)onthesurfaceofsilicagelparticlesthroughhydrogenbond,andgatheredtogetherthesmallsilicaparticlesbyP-Preactiontoacceleratethegrowthofsilicaparticles,therebyacceleratethepolymerizationofsiliconacidtoformsilica.

silicascale;EDTA;sizedistribution;FT-IRanalysis;accelerationeffect

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金(2014MS0202)

張玲玲(1991-)，女，碩士研究生.主要從事工業(yè)用水中硅垢的有效去除方面的研究.

白淑琴，副教授.

TQ028

A

1001-1625(2016)01-0237-07