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低相对生子质量HPMA在热法海水淡化过程中的阻垢性能评价

2013/11/25

低相对生子质量HPMA在热法海水淡化过程中的阻垢性能评价

韩旭 王晓玲  吕庆春 赵河立 申战辉  李健生  王连军

（1、国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津300192；2、南京理工大学环境科学与工程系，江苏 南京 210094）

 摘要：以国标法和铜管沉积法研究了合成低相对分子质量水解聚马来酸酐(HPMA)的阻垢性能,以凝胶渗透色谱证实了产物的相对分子质量为625,以扫描电镜(SEM)和X射(XRD)技术垢样微观形貌和晶相组成进行了分析.实验表明:HPMA在小剂量使用时钙溶限效应的同时,还能改变垢样的性状,使垢样不易在热管表面生长附着.SEM和XRD结果进一步证实了合成的HPMA能够影响碳酸钙的结晶过程,形成亚态的球霰石晶型,使垢样软化、在水中呈絮凝状，不易在设备表面沉积粘附。

关键词：水解聚马来酸酐 阻垢剂  铜管沉积法  沉积抑制率

以多级闪蒸、低温多效和压汽蒸馏为主的热法海水淡化工艺在世界范围内应用广泛，其换热器表面成垢问题是影响海水淡化效率的关键因素，因而实际运行中大多采用阻垢技术来解决成垢问题。

随着阻垢剂研究的不断进步，曾广泛应用于热法海水淡化工艺的膦系配方阻垢剂逐渐出现了与环境的应用性问题，随后出现了众多性能优异的低膦、无膦阻垢剂，如聚天氡氨酸、聚环氧琥珀酸、水解聚马来酸酐（HPMA），这些羧酸类绿色环保型阻垢剂也逐渐成为当今研究热点。HPMA是一种典型多元羧酸类阻垢剂，具有热稳定性高、无毒害作用、阻垢性能好等特点，在循环水冷却、锅炉和油田灌注领域被广泛应用 。有文献报道，摩尔质量在400~2000g/mol范围内低相对分子质量HPMA能够使垢样软化、阻垢性能较好，但热法海水淡化中的应用报道较少，对使用垢样形貌、粒度和晶相的影响研究更是鲜见报道。

国内评价药剂的阻垢性能大多仅采用静态阻垢剂，试验条件不同，阻垢率也相差很大，针对热法海水淡化需要设定其特定条件。为此，笔者合成了低相对分子质量HPMA，采用铜管沉积法模拟热海水淡化过程，结合国标法评价了该阻垢剂的阻垢性能，采用SEM和XRD技术研究了HPMA对垢样形貌和晶相的影响，分析了期对碳酸钙结晶过程的影响。

1、实验

1.1 主要试剂 

马来酸酐、过氧化苯甲酰、邻苯二甲酸二甲酯，分析纯，成都科龙化工厂；甲苯，分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；甲乙酮，分析纯，南京化学试剂有限公司。

1.2合成方法
     称取适量马来酸酐置于多口瓶中，加入一定量甲苯升温溶解；称取一定量过氧化苯甲酰，用适量邻苯二甲酸二甲酯调成糊状后溶于甲苯，然后加入到多口烧瓶中升温至温度，恒温反应5h，得到棕褐色温沉淀聚马来酸酐（PMA）。反应完成后去除上层溶剂，加入适量甲乙酮溶解，然后将溶于甲乙酮的PMA在搅拌下倒入甲苯溶解中，沉淀PMA，抽滤。真空室温干燥得到PMA粉末，称取一定量的PMA于烧杯 中，加入适量蒸馏水，在一定温度下恒温搅拌制得HPMA。

1.3分析方法
   采用凝胶渗透色谱（美国安捷仑公司AGILENT1100）分析产物相对分子质量；采用扫描电子显微镜（日本电子株式会社公司JEOLJSM-6380LV型）对国标法和铜管沉积法得到的垢样进行微观形貌观察；采用X射钱衍射仪（德国BRUKER公司8D-ADVANCE型）对垢样的晶相组成进行分析，Cu靶K，扫描范围20-80.

1.4 阻垢性能评价

1.4.1 国标法

参考GB/T 16632-2008 水处理阻垢性能的测定，采用碳酸钙沉积法对HPMA阻垢性能进行评价。

1.4.2 铜管沉积法

   热法海水淡化的工况条件与国标法中实验条件相差很大，笔者尝试在浓缩海水的条件下进行铜管沉积试验，研究接近热法海水淡化的工况条件下的阻垢性能，具体操作如下：

  按美国海水标准配制两倍模拟海水，其中HCO的离子尝试按5倍量标准配制。试验用铜管型号为HA-77-2,壁厚0.75mm。直径19mm。试验前将长度为20mm的铜管用去离子水冲洗干净并室温晾干。取已配制好的海水150ml于150ml三角瓶中，加入一定量阻垢剂配制成一定质量常量的溶液，将预处理好的铜管称重，然后平放于三角瓶低部。用插有0.4m左右长玻璃管的橡胶塞将三角瓶塞紧，置于90度恒温水浴中5h，然后取出铜管室温凉干称重，同时做空白试验。用沉积抵制率来表示阻垢剂的阻垢性能.

2 结果与讨论

2.1 产物相对分子质量分布

   HPMA的相对分子质量分布。PMA的相对分子质量分布在240-1700之间，主要分布在240-900，最可几分布集中中430左右。统计结果显示，平均相对分子质量是526.按照一分子的马来酸酐水解后增加一分子的水计算，HPMA的平均相对分子质量为625.

2.2国标法性能评介、垢样形貌及晶相分析

   采用国标法对HPMA阻垢性能进行了评价，结果显示当阻垢剂用量在2-6mg/l时，阻垢率增加明显，而在6-15mg/l时，阻垢剂变化不显著，基本维持在70%-75%。说明HPMA具有小剂量效应，即在很小用量下也能有比较高的钙溶限。

 

文章来源：百度文库

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