綠色緩蝕阻垢劑的研究及應(yīng)用進(jìn)展

張帆 楊曉拂 李芳芳

摘 要：循環(huán)水處理過程中磷系藥劑的使用會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，聚羧酸無磷聚合物自身難以降解且不環(huán)保，所以難以被廣泛應(yīng)用。結(jié)合當(dāng)前水污染排放標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)無磷非氮開發(fā)，有利于促進(jìn)水污染治理工作開展?；诖?，文章就生物降解物質(zhì)在緩釋阻垢性物質(zhì)方面的研究展開分析，并對(duì)其未來發(fā)展進(jìn)行了探析，希望能促進(jìn)綠色阻垢緩蝕劑向前發(fā)展。

關(guān)鍵詞：緩蝕阻垢劑;綠色;研究;應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展的當(dāng)下，水資源短缺與污染等問題逐漸引起人們重視。工業(yè)用水系統(tǒng)當(dāng)中，污垢身為其中的主要危害。國內(nèi)關(guān)于水處理阻垢劑方面研究起源自上世紀(jì)70年代，在這些年的發(fā)展中，逐漸朝著天然聚合物及含磷聚合物等阻垢劑方向發(fā)展。傳統(tǒng)聚合物費(fèi)用與用藥量較大;含磷阻垢劑難以全面抑制鋅垢及磷酸鈣等方面問題，再加上自身可以產(chǎn)生有機(jī)磷酸，所以環(huán)保部門對(duì)其使用提出了限制。在這一背景下，新型綠色阻垢劑逐漸成為人們研究的主要內(nèi)容。

1 綠色阻垢緩蝕劑應(yīng)用研究

隨著人們環(huán)保意識(shí)的提升，對(duì)阻垢緩蝕劑在環(huán)境中的危害作用、水體富營養(yǎng)化及緩蝕成效等方面給出了新要求，當(dāng)前聚天冬氨酸與環(huán)氧琥珀酸等生物綠色阻垢緩蝕劑研究逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

1.1 聚天冬氨酸

（PASP）聚天冬氨酸作為這幾年來研發(fā)的一種新型阻垢劑，這種阻垢劑因其自身的環(huán)保性，因而逐漸成為全球研究的重點(diǎn)。自上世紀(jì)90年代，美國公司開始研究PASP，這一物質(zhì)由最初的原料選擇、制備一直到后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)等階段，都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，且生物可降解性較好，在試驗(yàn)測(cè)定中，這一物質(zhì)降解性能和葡萄糖十分相似。其中崔科等研究人員對(duì)PASA的生物降解性展開相關(guān)研究，實(shí)驗(yàn)表明，隨著接種量的不同，PASA的降解速率也各不相同。另外，陶虎春等人員同過大量實(shí)驗(yàn)證明，PASA可以作為環(huán)境友好型物質(zhì)。

PASA分子結(jié)構(gòu)當(dāng)中含有羧基與酰胺鍵，且具備陰離子型與中性型阻垢劑特征。PASA能將多價(jià)金屬離子螯合，與此同時(shí)，還能更改鈣鹽結(jié)構(gòu)，促使其變?yōu)檐浌?，且兼具良好阻垢性能。為了提高PASA阻垢性，研究人員借助不同路徑對(duì)影響PASA的各項(xiàng)條件展開分析，同時(shí)找到了合適的應(yīng)用條件。此外，也對(duì)其開展改性處理，便于提升該物質(zhì)的環(huán)保與緩釋阻垢性。為了使PASA阻垢性提升，經(jīng)濟(jì)成本不斷下降，研究人員將PASA同衣康酸、丙烯酸及丙烯酸乙酯等物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，從而得出一種環(huán)保型PASA復(fù)配物。加上PASA的緩蝕性較強(qiáng)，能和多種離子反應(yīng)構(gòu)成螯合物，同時(shí)粘附在金屬表面建立起保護(hù)膜，避免金屬被腐蝕。另外，這一緩蝕劑在沒有溶解氧的水內(nèi)，可以避免二氧化碳腐蝕鋼材料。

1.2 聚環(huán)氧琥珀酸

PESA身為非氮、無磷的有機(jī)化合物，同時(shí)具備緩蝕與阻垢效果，且生物降解性很好，可將其應(yīng)用在高金屬與堿的水系統(tǒng)中，是以綠色化學(xué)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建的一種綠色環(huán)保水處理阻垢劑。

當(dāng)前，國內(nèi)很多企業(yè)都能生產(chǎn)這一物質(zhì)，與此同時(shí)，在研究這一產(chǎn)品性能期間，也發(fā)現(xiàn)硫酸鋇、碳酸鈣、氟化鈣及硫酸鈣等阻垢方面有一定的抑制效用，但是在鋅離子穩(wěn)定等方面效果較差。自上世紀(jì)90年代，美國最先研究出PESA。隨后，日本和很多國家也研究出了PESA衍生物。國內(nèi)熊榮春等人作為第一批研究PESA的人員，隨著這部分人員的研究，后續(xù)國內(nèi)逐漸加大PESA研究力度。PESA一般用順丁烯二酸酐作為主要原料，借助環(huán)氧化及陰離子聚合反應(yīng)構(gòu)成。雷武等人員在合成PESA后，對(duì)其阻垢機(jī)理展開了詳細(xì)研究。從實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，PESA在碳酸鈣成垢階段，既有一定的分散效用，也能放緩垢粒生長速度，還具備較強(qiáng)的畸變能力，最終讓鈣垢逐漸消失。

在投藥量不斷增加過程中，PESA對(duì)硫酸鈣垢緩蝕效果逐漸加強(qiáng)。僅僅應(yīng)用PESA時(shí)，即便用量很少，也會(huì)對(duì)碳鋼產(chǎn)生阻垢緩蝕效用。在PESA濃度不斷增加的當(dāng)下，碳鋼腐蝕效率進(jìn)一步降低。李猛等研究人員將NAOH當(dāng)做引發(fā)劑構(gòu)成聚環(huán)氧琥珀酸，并對(duì)其結(jié)垢碳酸鈣性能進(jìn)行了研究，從實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，這種合成PESA的方法十分環(huán)保。

單獨(dú)應(yīng)用PESA緩蝕劑期間，并不能達(dá)到最佳性能效果，但可將其同其他緩蝕藥劑復(fù)配使用，進(jìn)而組成低磷阻垢緩蝕劑。結(jié)合當(dāng)前關(guān)于PESA方面的研究，將其同無機(jī)、有機(jī)磷酸鹽等復(fù)配后可以達(dá)到明顯的阻垢緩蝕成效。

1.3 其他綠色環(huán)保緩蝕阻垢劑

國內(nèi)外文獻(xiàn)中就綠色緩蝕阻垢劑展開了詳細(xì)報(bào)道，例如常見的烷基環(huán)氧羧酸鹽、S-羧乙基硫代琥珀酸等。其中，CETSA是由初始原料丙烯腈與NaSH構(gòu)成，接著再同無水馬來酸酐反應(yīng)，生成的CETSA生物降解性較好，且這一物質(zhì)pH范圍較寬，捕捉重金屬能力較強(qiáng)，具備較強(qiáng)的分散性與保水性。該物質(zhì)中的不同分子分別含有磺酸基與羧基，因此處理效果和傳統(tǒng)磷系緩沖劑相比更加高效，且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響。此外，從曾德芳等人員開展的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，CETSA可以和不同金屬離子作用，然后在金屬表層建立起保護(hù)膜，便于對(duì)結(jié)垢和金屬腐蝕情況進(jìn)行合理抑制。

2 工業(yè)生產(chǎn)中綠色阻垢緩蝕劑應(yīng)用

一直以來，很多綠色緩蝕阻垢劑在生產(chǎn)中都得到了廣泛應(yīng)用，且實(shí)際環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益明顯。其中PASP主要是抑制二氧化碳腐蝕，早期主要在國外方面應(yīng)用較多，從美國得來的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在采油管線腐蝕中加入3%的PASP，達(dá)到的鋼緩蝕效果最佳;美國另外一所公司研發(fā)的PASP，能清潔并緩蝕生產(chǎn)裝置，且取得的效果較為顯著。

國內(nèi)研究人員將ECH-337與ECH-337A應(yīng)用到鋼廠腐蝕性循環(huán)水內(nèi)，調(diào)試運(yùn)行半年后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中并沒有明顯的結(jié)垢情況出現(xiàn)。再者，因無磷處理方案的使用使得廢水處理壓力不斷下降，處理成本逐漸降低。對(duì)比鋼廠用到的磷系配方，這種物質(zhì)的應(yīng)用不僅具備緩蝕阻垢性，還具備較好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。其中ECH-337 中的成本主要包含鋅鹽、聚羧酸鹽等;ECH-337A中主要含有苯甲酸鈉、PESA、葡萄糖酸鈉。武漢市將ZH800WS應(yīng)用到綠色環(huán)保水處理中，試驗(yàn)取得了明顯成效，同時(shí)也為企業(yè)帶來了一定收益。ZH800WS中包含熒光示蹤劑、WLH-2 無磷緩蝕劑等成分。

李俊華等研究人員將水溶性季銨鹽、聚天冬胺酸與局環(huán)氧琥珀酸等當(dāng)做核心原料，復(fù)配出了BW-3。將這一物質(zhì)應(yīng)用到某采油聯(lián)合站中，開展緩釋阻垢試驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)，這一物質(zhì)具有較強(qiáng)的緩蝕性與阻垢性，在濃度測(cè)定范圍中，該物質(zhì)的緩蝕與阻垢效果和傳統(tǒng)阻垢劑相比，取得的緩蝕效果更佳明顯，更能符合實(shí)際生產(chǎn)需要。

3 綠色阻垢緩蝕劑發(fā)展前景

為了和當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展觀相適應(yīng)，水處理緩蝕阻垢劑逐漸朝著可降解、低磷、高效等方向發(fā)展，且逐漸成為行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。綠色緩蝕阻垢劑，需要先保證生產(chǎn)環(huán)節(jié)綠色化。生產(chǎn)期間將是其對(duì)人體及環(huán)境方面帶來的危害，減少容積、原料等危害物質(zhì)使用，在源頭中防控污染，確保其與綠色發(fā)展觀念相適應(yīng)。一，分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需要優(yōu)先考慮活性強(qiáng)與易降解等元素，例如常見的酯基支鏈、羧基、合理插入氮、氧等元素。二，將天然產(chǎn)物和PASP當(dāng)做重點(diǎn)原料，合成期間減少產(chǎn)物污染，便于提高原料利用率。三，更新生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)過程重視，以便在技術(shù)更新與方案設(shè)計(jì)期間應(yīng)用清潔生產(chǎn)工藝。

再者，確保應(yīng)用過程綠色化。在新型環(huán)境緩蝕阻垢劑應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)中，加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，針對(duì)含有亞硝酸鹽、磷類等緩蝕劑而言，可以用綠色化物質(zhì)來替代;再者，針對(duì)沒有可以代替的處理劑，應(yīng)加大治理方案研究，確保其和環(huán)境保護(hù)要求相符。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)的綠色緩蝕阻垢劑主要源于國外，通過改變國外配方而來，品種缺少原創(chuàng)性。再加上很多新品種在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。綠色概念融貫在緩蝕阻垢劑產(chǎn)品不同環(huán)節(jié)，既要確保終端產(chǎn)品可降解、無毒無污染，還要確保產(chǎn)品從原料一直到生產(chǎn)期間都具備綠色化特征，以便實(shí)現(xiàn)真正的綠色節(jié)能環(huán)保，便于水污染治理工作全面高效開展。

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