單體配比對MA-AMPS-AA水質穩(wěn)定劑制備的影響分析

袁 鷹，劉明源

（泰州職業(yè)技術學院，江蘇泰州225300）

目前工業(yè)用水中冷卻水用量逐年大幅上升。由于水蒸發(fā)，水中溶解物質被濃縮，水變得更具腐蝕性，給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟損失，因此在冷卻水中采用水質穩(wěn)定技術減少水腐蝕而使水循環(huán)再利用是目前節(jié)水節(jié)能的必由之路[1-2]。因此，我們結合馬來酸酐、丙烯酸、磺酸基團的優(yōu)良阻垢分散性和有機膦的優(yōu)異緩蝕性能，以水為溶劑，合成價格低廉、性能優(yōu)良的含馬來酸酐-丙烯酸、磺酸基團的低磷有機膦羧酸共聚物，研究單體配比對工藝制備的影響，并確定最佳單體配比。

1 實驗部分

1.1 原材料與試劑

馬來酸酐（MA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）、過硫酸銨、次磷酸鹽均為分析純，泰州市恒泰器化玻有限公司生產(chǎn)；去離子水，實驗室自制。

1.2 合成步驟

在裝有冷凝器、溫度計、滴液漏斗和電子恒溫恒速攪拌器的合成裝置中加入一定量的馬來酸酐（MA）、引發(fā)劑，再加入丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）等，控溫反應 2～4h，然后再保溫 2～3h，得到淺黃色透明共聚物。

1.3 靜態(tài)阻碳酸鈣試驗

參照中國石化總公司《冷卻水分析和試驗方法》中的<401>“碳酸鈣沉淀試驗法”，試驗溫度為（80+1）℃，濃縮倍數(shù)1.5，試驗水質：pH為9，Ca2+（以CaCO3計）250mg·L-1，HCO3-（以CaCO3計）250mg·L-1，恒溫10h。

1.4 靜態(tài)阻磷酸鈣試驗

參照中國石化總公司《冷卻水分析和試驗方法》中的<402>“磷酸鈣沉淀試驗法”，試驗溫度為（80+1）℃，濃縮倍數(shù)1.5，試驗水質：pH為9，Ca2+（以CaCO3計）250mg·L-15mg·L-1，不濃縮恒溫10h。

2 結果與討論

反應物的比例，尤其是反應物羧基和膦酸基的比例，不僅會直接影響到產(chǎn)品的緩蝕阻垢性能，而且還與環(huán)境保護有密切關系。Gust J等認為，緩蝕基團與阻垢基團間有一定的聯(lián)系。選擇合適的反應比例，可同時提高緩蝕和阻垢效率。

2.1 馬來酸酐用量的影響

表1 馬來酸酐的用量對阻垢性能的影響

從表1的實驗結果可以看出，在單體配比中增大馬來酸酐的相對含量，CaCO3阻垢率增加，而只有當馬來酸酐的相對含量達到一定值后才會有顯著的Ca3（PO4）2阻垢效果。研究表明，馬來酸酐具有優(yōu)良的CaCO3阻垢和阻垢性能。

2.2 AMPS用量的影響

表2 AMPS的用量對阻垢性能的影響

由表2可以看出，當AMPS的摩爾分量小于0.05時，共聚物的磷酸鈣阻垢率小于3.00%，但當AMPS的摩爾分量增加到0.05時，共聚物的磷酸鈣阻垢率變?yōu)?9.8%，這說明AMPS對磷酸鈣有著非常好的阻垢效果，且存在“臨界值效應”，即在臨界值以下，聚合物對磷酸鈣的阻垢率非常低，當濃度達到臨界值時，阻垢率發(fā)生突越，隨著濃度繼續(xù)增大，阻垢率漸趨平穩(wěn)。表2還表明，AMPS對聚合物碳酸鈣阻垢性能的影響不大。

2.3 丙烯酸用量的影響

表3 丙烯酸的用量對阻垢性能的影響

從表3可以看出，丙烯酸對碳酸鈣垢、磷酸鈣垢都有著非常好的阻垢效果。當丙烯酸的摩爾分量超過0.07后，聚合物對碳酸鈣的阻垢率大于85.0%；當丙烯酸的摩爾分量為0.36時，共聚物對磷酸鈣的阻垢率超過80.0%，當丙烯酸的摩爾分量達到0.44時，共聚物對磷酸鈣的阻垢率增加到99.8%。其原理可能是，它能在水中發(fā)生電離生成帶負電的分子鏈，從而與金屬離子形成可溶性絡合物或螯合物，使垢鹽的溶解度增加，從而起到阻垢作用。

3 結論

以水為溶劑，用過硫酸銨一次磷酸鹽引發(fā)體系合成膦酸共聚物，其最佳單體摩爾配比（MA∶AMPS∶AA）為 0.50∶0.05∶0.44，投加濃度為 50mg·L-1時，CaCO3阻垢率為85.5%，Ca2（PO4）2阻垢率為99.8%。

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