水質(zhì)對AA-MA-AMPS阻垢緩蝕性能影響分析

袁 鷹,劉明源

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 泰州 225300）

水質(zhì)對AA-MA-AMPS阻垢緩蝕性能影響分析

袁 鷹,劉明源

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 泰州 225300）

以水為溶劑，用過硫酸銨一次磷酸鹽引發(fā)體系合成的AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑在pH值較寬的范圍都有較好的阻垢緩蝕效果；對鈣硬度、堿度、CI-、SO42-有較好的寬容度，在一般水質(zhì)條件下，這些離子對阻垢緩蝕性能沒有太大影響，而總Fe、Cu2+對該穩(wěn)定劑的緩蝕性能有較為顯著的影響，總Fe高于3mg/L、Cu2+高于0.05mg/L時，穩(wěn)定劑的緩蝕性能顯著降低。

水質(zhì);AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑;阻垢緩蝕性能

前言

水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)又稱循環(huán)冷卻水處理技術(shù)，主要是指用水處理藥劑（即水質(zhì)穩(wěn)定劑）按要求有效控制循環(huán)冷卻水水質(zhì)的技術(shù)。水質(zhì)穩(wěn)定劑主要包括緩蝕劑、阻垢劑、分散劑、殺生劑等，而在水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)中起主要作用的是緩蝕劑和阻垢劑。本文以水為溶劑，用過硫酸銨一次磷酸鹽為引發(fā)劑，以馬來酸酐MA，丙烯酸AA，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS為單體合成了AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑，討論循環(huán)冷卻水中常見的水質(zhì)指標(biāo)pH值、鈣硬度、堿度、Cu2+、總Fe、Cl-和SO42-對穩(wěn)定劑阻垢緩蝕性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

馬來酸酐MA，丙烯酸AA，過硫酸銨，次磷酸二氫鈉（NaH2PO2·2H2O）為化學(xué)純；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS為工業(yè)品。

1.2 試驗方法

配制一定體積的試驗用水，加入一定量的阻垢劑，置于50℃左右的恒溫水浴中進(jìn)行水浴加熱，溫度升至80℃時開始恒溫并計時。恒溫后過濾試驗水，濾液用EDTA直接滴定法進(jìn)行剩余鈣離子的測定，并以不加阻垢劑的試驗水作為空白，計算阻垢率η：式中，ρ0-試液實驗前實測離子的質(zhì)量濃度；ρ1-加阻垢劑的試液實驗后離子的質(zhì)量濃度；ρ2-不加阻垢劑的試液實驗后離子的質(zhì)量濃度。

2 循環(huán)冷卻水水質(zhì)對阻垢緩蝕性能的影響

2.1 pH值的影響

工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中，pH值對AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑的阻垢緩蝕性能有很大影響。圖1表示在配制水中隨著pH值的提高，阻垢率隨之降低。當(dāng)pH值小于9.0時阻垢率較好。但當(dāng)pH值為9.5時阻垢率大幅度降低。說明pH值為9.0時是一個臨界點(diǎn)，即該水質(zhì)穩(wěn)定劑適用于pH值小于9.0的水質(zhì)體系。

圖1 阻垢率與pH的關(guān)系曲線Fig.1 The relationship between the inhibition rate and pH value

2.2 鈣硬度的影響

圖2表明：AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑的阻垢率隨著鈣硬度的增加而降低。但 Ca2+濃度為400mg/L，當(dāng)水質(zhì)穩(wěn)定劑投加量為50mg/L時，都有很好的阻垢性能，阻CaCO3率為88.0%，表示該水質(zhì)穩(wěn)定劑適用于高硬水質(zhì)。

圖2 鈣硬度與阻垢率的關(guān)系曲線Fig.2 The relationship between calcium hardness and scale inhibition rate

2.3 堿度的影響

圖3表明：AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑的阻垢率隨著堿度的增加而降低，且下降的趨勢比較明顯，說明在試驗范圍內(nèi)堿度對阻垢性能的影響比鈣硬度大。

圖3 HCO3－與阻垢率的關(guān)系曲線Fig.3 The relationship between HCO3－concentration and scale inhibition rate

2.4 Cu2+的影響

圖4表明：當(dāng)Cu2+濃度增大時，AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑的緩蝕性能明顯下降，Cu2+濃度為0.05mg/L時，緩蝕率降到只有75.0%，而Cu2+濃度為0.1mg/L時，緩蝕率降到只有66.2%，掛片銹蝕嚴(yán)重，這說明Cu2+對水質(zhì)穩(wěn)定劑的緩蝕作用影響較大，表明介質(zhì)中Cu2+濃度過高時，可能由于銅鹽沉積，或者Cu2+與鐵發(fā)生置換反應(yīng)，Cu2+作為去極化劑，破壞表面膜，從而導(dǎo)致腐蝕加劇。因此要保證AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑有良好的緩蝕效果，體系中Cu2+濃度要小于0.05mg/L。

圖4 Cu2+濃度與緩蝕率的關(guān)系曲線Fig.4 The relationship between Cu2+concentration and corrosion inhibition rate

2.5 總Fe的影響

圖5表明：當(dāng)試驗水中總Fe的濃度增大時，水質(zhì)穩(wěn)定劑的緩蝕效果明顯下降。Fe濃度為3.0mg/L時，緩蝕率降到只有75.0%，而Fe濃度為4.0mg/L時，緩蝕率降到只有65.5%，掛片銹蝕嚴(yán)重。

這可能是由于一是Fe2+、Fe3+與水質(zhì)穩(wěn)定劑發(fā)生配合反應(yīng)使穩(wěn)定劑的有效濃度下降；二是介質(zhì)中有Fe3存在時，它可以作為電化學(xué)過程中的去極化劑而被還原為Fe2+；Fe2+可以被介質(zhì)中的溶解氧或液面上的氧氣氧化成為Fe3+形成去極化劑。這樣就形成了如下的循環(huán)過程：Fe2+在水溶液表面被氧氧化成Fe3+，而Fe3+在鋼鐵表面作為去極化劑而被還原成Fe2+，使得腐蝕速率大大增加，腐蝕程度也會增大，從而導(dǎo)致穩(wěn)定劑失效。

此外，生成的Fe（OH）3沉積到金屬表面形成疏松的沉積物，引起嚴(yán)重的垢下腐蝕，且隔斷了低濃度的水質(zhì)穩(wěn)定劑與金屬表面的作用，從而使腐蝕大大加快；Fe（OH）3的顆粒懸浮在循環(huán)水中，對水質(zhì)穩(wěn)定劑有吸附作用而導(dǎo)致有效濃度降低。因此總Fe對穩(wěn)定劑的緩蝕性能有很大影響，循環(huán)水中總Fe的濃度最好控制在3mg/L以內(nèi)方能保證AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑有效。

圖5 總Fe與緩蝕率的關(guān)系曲線Fig.5 The relationship between total Fe and corrosion inhibition rate

2.6 Cl-和SO42-的影響

圖6表明：Cl-的濃度變化較大時，AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑對碳鋼的緩蝕率的變化并不大，氯離子濃度達(dá)到600mg/L時，共聚物對碳鋼的緩蝕率仍然還有90.0%，而且碳鋼掛片表面形成光暈。這說明Cl-對水質(zhì)穩(wěn)定劑的緩蝕性能的影響不大，反之也說明了穩(wěn)定劑對Cl-的寬容度大，適應(yīng)范圍較寬。

圖6 Cl－濃度與緩蝕率的關(guān)系曲線Fig.6 The relationship between Cl－concentration and corrosion inhibition rate

圖7表明：SO42-對緩蝕性能影響不大，SO42-濃度達(dá)到600mg/L以上時，水質(zhì)穩(wěn)定劑對碳鋼的緩蝕率仍有90.1%。

圖7 SO42－濃度與緩蝕率的關(guān)系曲線Fig.7 The relationship between SO42－concentration and corrosion inhibition rate

3 結(jié)論

以水為溶劑，用過硫酸銨一次磷酸鹽為引發(fā)劑，以馬來酸酐MA，丙烯酸AA，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS為單體合成的AA-MA-AMPS水質(zhì)穩(wěn)定劑在pH值較寬的范圍都有較好的阻垢緩蝕效果；對鈣硬度、堿度、Cl-、SO42-有較好的寬容度，在一般水質(zhì)條件下，這些離子對阻垢緩蝕性能沒有太大影響，而總Fe、Cu2+對該穩(wěn)定劑的緩蝕性能有較為顯著的影響，總Fe高于3mg/L、Cu2+高于0.05mg/L時，穩(wěn)定劑的緩蝕性能顯著降低。

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Effect of Water Quality on the Scale and Corrosion Inhibition of AA-MA-AMPS

YUAN Ying and LIU Ming-yuan
（Taizhou Polytechnic College,Taizhou 225300,China）

The AA-MA-AMPS water quality stabilizer has a better scale and corrosion inhibition effect in a wide range of pH value,which is synthesized by using ammonium persulfate-phosphate initiating system as initiator and water as solvent.For the calcium hardness,alkalinity,Cl－and SO42－,it has a good tolerance level,under the general water quality conditions,these ions do not have great effects on scale and corrosion inhibition. However the Fe and Cu2+have great influences on the corrosion inhibition of the stabilizer.When the total Fe is higher than 3mg/L and Cu2+is higher than 0.05mg/L,the corrosion inhibition of stabilizer declines significantly.

Water quality;AA-MA-AMPS water quality stabilizer;scale and corrosion inhibition performance

TQ085.6

A

1001-0017（2014）06-0427-03

2014-07-23

袁鷹（1976-），女，湖南人，碩士研究生，講師，主要從事環(huán)境監(jiān)測與環(huán)境評價工作。