李升軍，楚飛虎，吳曉雄，吳彥君

（愛環(huán)吳世（蘇州）環(huán)保股份有限公司，江蘇蘇州 215011）

隨著工業(yè)用循環(huán)水的增加，阻垢緩蝕劑的用量也隨之加大。國(guó)內(nèi)外循環(huán)水處理常用的阻垢緩蝕劑大部分是磷系水處理劑復(fù)合配方[1-3]。雖然它們無(wú)毒、低價(jià)且具有好的阻垢緩蝕性能，但是排入水體后，容易造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化，污染環(huán)境[4]。因此，開發(fā)無(wú)磷、低磷的緩蝕阻垢劑已成為國(guó)內(nèi)外水處理劑的研究方向[5]。

本文針對(duì)工業(yè)節(jié)水領(lǐng)域內(nèi)這一前沿研究方向，重點(diǎn)進(jìn)行高效環(huán)保多元復(fù)合型多功能冷卻水阻垢緩蝕劑的研制，選用環(huán)境友好聚天冬氨酸改性合成物（PASP/3，5-Diamino-Benzoic）、丙烯酸 -2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物（AA-AMPS）、鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O）和檸檬酸鈉（Na3C6H5O7·2H2O）進(jìn)行復(fù)配，利用其協(xié)同增效作用，研制出一種高效環(huán)保型非磷的阻垢緩蝕劑，從而達(dá)到取代傳統(tǒng)磷系阻垢緩蝕劑的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

PASP/3，5-Diamino-Benzoic，30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），自行合成；AA-AMPS，30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），山東泰和水處理科技股份有限公司；Na2MoO4·2H2O，分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；Na3C6H5O7·2H2O，分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司。

SHJ-6A數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州迅生儀器有限公司；UV754N分光光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕儀，自制；A3碳鋼試片，50 mm×25 mm×2 mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)PASP/3，5-Diamino-Benzoic和 AA-AMPS的溶限效應(yīng)對(duì)碳酸鈣及磷酸鈣的阻垢性能，確認(rèn)二者的質(zhì)量比；固定二者的質(zhì)量比，添加緩蝕劑檸檬酸鈉，根據(jù)趨緩的緩蝕性能確定其添加量；固定PASP/3，5-Diamino-Benzoic、AA-AMPS 和檸檬酸鈉的質(zhì)量比，添加緩蝕劑鉬酸鈉，根據(jù)趨緩的緩蝕性能確定其添加量，最終確定該非磷阻垢緩蝕劑的最佳配方。

1.3 性能評(píng)價(jià)

1.3.1 阻垢性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)中依據(jù)GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測(cè)定 碳酸鈣沉積法》和GB/T 22626—2008《水處理劑阻垢性能的測(cè)定 磷酸鈣沉積法》進(jìn)行阻垢性能評(píng)價(jià)[6-7]。

1.3.2 緩蝕性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)中依據(jù)HG/T 2159—91《水處理劑緩蝕性能的測(cè)定旋轉(zhuǎn)掛片法》進(jìn)行緩蝕性能評(píng)價(jià)[8]。

2 結(jié)果與討論

2.1 PASP/3，5-Diamino-Benzoic阻垢性能

采用碳酸鈣沉積法和磷酸鈣沉積法對(duì) PASP/3，5-Diamino-Benzoic的阻碳酸鈣垢和阻磷酸鈣垢性能進(jìn)行測(cè)定，不同質(zhì)量濃度 PASP/3，5-Diamino-Benzoic的阻垢率如圖1所示。其中，Ca2+初始質(zhì)量濃度為240 mg/L，PO43-初始質(zhì)量濃度為5 mg/L，水浴溫度為80℃，時(shí)間為10 h。

圖1 不同質(zhì)量濃度PASP/3，5-Diamino-Benzoic的阻垢率

由圖1可知，PASP/3，5-Diamino-Benzoic的阻碳酸鈣垢性能良好。PASP/3，5-Diamino-Benzoic分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有酰胺鍵和羧基鍵，它兼具中性阻垢劑和陰離子型阻垢劑的特性，可通過凝聚分散、晶格畸變及絡(luò)合增溶等方式發(fā)揮阻垢作用。隨著質(zhì)量濃度的增加，PASP/3，5-Diamino-Benzoic的阻碳酸鈣垢率逐漸增大，最高可達(dá)到90%以上；同時(shí)有一定的阻磷酸鈣垢性能，當(dāng)PASP/3，5-Diamino-Benzoic的質(zhì)量濃度超過10 mg/L后，其阻垢率的增加不太顯著，這體現(xiàn)了PASP/3，5-Diamino-Benzoic的溶限效應(yīng)。

2.2 AA-AMPS阻垢性能

采用碳酸鈣沉積法和磷酸鈣沉積法對(duì)AA-AMPS的阻碳酸鈣垢和阻磷酸鈣垢性能進(jìn)行測(cè)定，不同質(zhì)量濃度AA-AMPS的阻垢率如圖2所示。其中，Ca2+初始質(zhì)量濃度為240 mg/L，PO43-初始質(zhì)量濃度為5 mg/L，水浴溫度為80℃，時(shí)間為10 h。

圖2 不同質(zhì)量濃度AA-AMPS的阻垢率

由圖2可知，AA-AMPS的阻碳酸鈣垢性能良好。隨著質(zhì)量濃度的增加，AA-AMPS的阻碳酸鈣垢率逐漸增大，最高可達(dá)到77.98%。當(dāng)AA-AMPS的質(zhì)量濃度超過10 mg/L后，其阻垢率的增加不太明顯，這說明AA-AMPS的溶限效應(yīng)同樣存在。AA-AMPS的阻磷酸鈣垢性能具有明顯的“臨界值效應(yīng)”：在質(zhì)量濃度為2～6 mg/L時(shí)，阻磷酸鈣垢效果差，最高僅為3.15%；當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到臨界質(zhì)量濃度8 mg/L時(shí)，阻磷酸鈣垢率突躍至81.20%，且隨著質(zhì)量濃度增加，阻垢率緩慢增大，同樣存在溶限效應(yīng)。

2.3 PASP/3，5-Diamino-Benzoic與 AA-AMPS 最佳質(zhì)量配比

固定總藥劑質(zhì)量濃度為20 mg/L，分別將PASP/3，5-Diamino-Benzoic 和 AA-AMPS 按照 1∶1、1∶2、1∶4、2∶1和4∶1的質(zhì)量比進(jìn)行復(fù)配，考察不同質(zhì)量配比產(chǎn)物的阻碳酸鈣垢和阻磷酸鈣垢性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

由表 1和表 2可知，PASP/3，5-Diamino-Benzoic和AA-AMPS在阻碳酸鈣垢方面有一定的協(xié)同效應(yīng)，且具有相同的趨勢(shì)；當(dāng)質(zhì)量濃度大于8 mg/L后，二者阻磷酸鈣垢效果明顯。綜合來(lái)看，最佳配方（以質(zhì)量濃度計(jì)，下同）為：PASP/3，5-Diamino-Benzoic（10 mg/L）、AA-AMPS（10 mg/L）。

表1 不同質(zhì)量配比產(chǎn)物的阻碳酸鈣垢性能

表2 不同質(zhì)量配比產(chǎn)物的阻磷酸鈣垢性能

2.4 檸檬酸鈉添加配比對(duì)阻垢性能的影響

固定PASP/3，5-Diamino-Benzoic和AA-AMPS的質(zhì)量濃度分別為10 mg/L，采用旋轉(zhuǎn)掛片法，加入不同質(zhì)量濃度的檸檬酸鈉，測(cè)定緩蝕性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3知，檸檬酸鈉加入質(zhì)量濃度大于50 mg/L 時(shí)，緩蝕率隨質(zhì)量濃度的變化趨緩，綜合性價(jià)比確定檸檬酸鈉的配比質(zhì)量濃度為50 mg/L。

表3 檸檬酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)緩蝕率的影響

2.5 鉬酸鈉添加配比對(duì)阻垢性能的影響

固定PASP/3，5-Diamino-Benzoic和 AA-AMPS的質(zhì)量濃度分別為10 mg/L，檸檬酸鈉質(zhì)量濃度為50 mg/L，采用旋轉(zhuǎn)掛片法，加入不同質(zhì)量濃度的鉬酸鈉，測(cè)定緩蝕性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4知，鉬酸鈉加入質(zhì)量濃度大于20 mg/L時(shí)，緩蝕率隨質(zhì)量濃度的變化趨緩，綜合性價(jià)比確定鉬酸鈉的質(zhì)量濃度為20 mg/L。

表4 鉬酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)緩蝕率的影響

由以上可知，高效環(huán)保型非磷阻垢緩蝕劑的最佳配方為 PASP/3，5-Diamino-Benzoic（10 mg/L）、AA-AMPS（10 mg/L）、Na3C6H5O7·2H2O（50 mg/L）、Na2MoO4·2H2O（20 mg/L）。

3 結(jié)論

采用碳酸鈣沉積法、磷酸鈣沉積法和旋轉(zhuǎn)掛片法，依據(jù)化學(xué)品的阻垢性能及緩蝕性能評(píng)價(jià)，確定高效環(huán)保型非磷阻垢緩蝕劑的最佳配方為PASP/3，5-Diamino-Benzoic（10 mg/L）、AA-AMPS（10 mg/L）、Na2MoO4·2H2O（20 mg/L）、Na3C6H5O7·2H2O（50 mg/L），該阻垢緩蝕劑阻碳酸鈣垢率86%以上，阻磷酸鈣垢率77%以上，碳鋼緩蝕率74%以上，性能優(yōu)異，可替代傳統(tǒng)的磷系阻垢緩蝕劑。