高 鶴蔣雙雙毛連山
工業(yè)冷卻水在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)使用過(guò)程中,由于蒸發(fā)和濃縮通常會(huì)伴有結(jié)垢現(xiàn)象[1],其中最為常見(jiàn)的就是碳酸鈣垢和硫酸鈣垢[2,3]。 這些難溶性的無(wú)機(jī)鹽垢在換熱設(shè)備和管道內(nèi)壁沉積后[4],會(huì)大大降低換熱效率,增加能源消耗[5],甚至堵塞管道,影響正常生產(chǎn)[6]。 為降低無(wú)機(jī)鹽水垢帶來(lái)的危害,保證生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行,添加適當(dāng)?shù)乃幚韯┦禽^為流行且可靠的方法[7,8]。
隨著環(huán)保要求的不斷提高,水處理劑不斷朝著綠色、多功能的方向研究和發(fā)展[9]。 目前,水處理劑的研究主要以聚環(huán)氧琥珀酸類(lèi)[10]、聚天冬胺酸類(lèi)[11]及羧酸-聚醚類(lèi)[12]為主。 衣康酸(IA)是1 種可以通過(guò)生物發(fā)酵獲得的單體,具有成本低,可生物降解等優(yōu)點(diǎn),其結(jié)構(gòu)中的雙鍵化學(xué)性質(zhì)活潑,易與烯丙氧基羥丙基磺酸鈉(AHPS)和烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)單體發(fā)生共聚,將磺酸基、羥基和醚基等官能團(tuán)引入聚合物分子結(jié)構(gòu)中,增強(qiáng)聚合物與Ca2+的螯合作用,提高Ca2+的溶解性;同時(shí),還可以提高聚合物的負(fù)電分散性能。
在近年阻垢劑的合成研究中,通過(guò)中心復(fù)合設(shè)計(jì)建立數(shù)學(xué)模型討論反應(yīng)條件與阻垢劑性能之間關(guān)系的研究較少。 相較于正交實(shí)驗(yàn),中心復(fù)合設(shè)計(jì)的三維曲線(xiàn)及等高線(xiàn)對(duì)結(jié)果的反映更為直觀(guān),且根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的擬合方程具有優(yōu)異的預(yù)測(cè)性。 因此,選擇采用中心復(fù)合設(shè)計(jì)法,以靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)IA-AHPS-APEG對(duì)碳酸鈣的阻垢率作為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)全因子設(shè)計(jì)、軸點(diǎn)設(shè)計(jì)及零水平中心點(diǎn)重復(fù)實(shí)驗(yàn),擬合響應(yīng)曲面模型,建立非線(xiàn)性數(shù)學(xué)模型描繪效應(yīng)面,對(duì)IA-AHPSAPEG 的合成工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。 并通過(guò)靜態(tài)阻硫酸鈣垢測(cè)試探究了IA-AHPS-APEG 的質(zhì)量濃度對(duì)硫酸鈣阻垢性能的影響。
衣康酸(IA),分析純,上海阿拉丁生化技術(shù)有限公司;烯丙氧基羥丙基磺酸鈉(AHPS),質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%,廣東邦潤(rùn)化工科技有限公司;烯丙基聚氧乙烯醚(APEG),質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥90%,遼寧科隆精細(xì)化工股份有限公司;過(guò)硫酸銨,分析純,南京化學(xué)試劑股份有限公司;二水氯化鈣,分析純,西隴科學(xué)股份有限公司;無(wú)水硫酸鈉,分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;碳酸氫鈉,分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑股份有限公司;氯化鈉,分析純,南京化學(xué)試劑股份有限公司。
VERTEX 80V 型紅外光譜儀,德國(guó)BRUKER 公司;STA 2500 Regulus 型同步熱分析儀 (TG),德國(guó)Netzsch 公司;Quanta 200 型環(huán)境掃描電子顯微鏡,美國(guó)FEI 公司;Ultima Ⅳ型X-射線(xiàn)衍射儀(XRD),日本Rigaku 公司。
稱(chēng)取2.3 g IA,2.5 g APEG 溶于20 g 超純水,加入到裝有回流冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中,通氮?dú)?0 min。 隨后,使用恒壓滴液漏斗將6.1 g AHPS 和過(guò)硫酸銨水溶液在30 min 內(nèi)滴加到反應(yīng)體系中,保持溫度不變,反應(yīng)結(jié)束后得到IA-AHPSAPEG 共聚物水溶液。 反應(yīng)過(guò)程見(jiàn)式(1)。
1.3.1 靜態(tài)碳酸鈣阻垢測(cè)試
實(shí)驗(yàn)采用GB/T 16632—2008 標(biāo)準(zhǔn)[13]進(jìn)行測(cè)試,具體步驟為:使用CaCl2·2H2O 和NaHCO3配制成Ca2+質(zhì)量濃度為240 mg·L-1,HCO3-質(zhì)量濃度為732 mg·L-1的實(shí)驗(yàn)水樣,用硼砂緩沖溶液將水樣pH值調(diào)節(jié)至9 左右,在80 ℃水浴條件下,恒溫靜置10 h。 冷卻至室溫后過(guò)濾,使用EDTA 滴定濾液中Ca2+質(zhì)量濃度,按式(2)計(jì)算阻垢率。
式(2)中:C0為理論鈣離子質(zhì)量濃度,mg·L-1;C1為添加阻垢劑后鈣離子的質(zhì)量濃度,mg·L-1;C2為相同條件下不添加阻垢劑情況下鈣離子的質(zhì)量濃度,mg·L-1。
1.3.2 靜態(tài)硫酸鈣阻垢測(cè)試
配制Ca2+質(zhì)量濃度為6 800 mg·L-1(以CaSO4計(jì))、SO-4質(zhì)量濃度為7100mg·L-1(以Na2SO4計(jì)),NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)7500mg·L-1的實(shí)驗(yàn)水樣,用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.01 mol·L-1)和HCl(0.01 mol·L-1)溶液將水樣pH 值調(diào)至7 左右,加入不同質(zhì)量濃度的IA-AHPS-APEG,在70 ℃水浴條件下,恒溫加熱16 h。 根據(jù)1.3.1 滴定Ca2+的方法,測(cè)定不同質(zhì)量濃度的IA-AHPS-APEG 對(duì)硫酸鈣阻垢效果的影響。
1.4.1 IA-AHPS-APEG 共聚物的表征
使用傅里葉紅外光譜儀,采用ATR 模塊,在4 000~ 400 cm-1氛圍內(nèi),分析共聚物IA-AHPSAPEG 的分子結(jié)構(gòu)。
1.4.2 IA-AHPS-APEG 阻垢性能表征
將靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)中過(guò)濾得到的碳酸鈣和硫酸鈣垢,用烘箱干燥脫水,制成碳酸鈣和硫酸鈣測(cè)試垢樣。 采用同步熱分析-四極桿質(zhì)譜,在10 ℃·min-1升溫加熱條件下,測(cè)試添加阻垢劑前后碳酸鈣垢樣的在30~800 ℃的熱穩(wěn)定性變化。 利用環(huán)境掃描電子顯微鏡(SEM),觀(guān)察微觀(guān)狀態(tài)下碳酸鈣和硫酸鈣垢樣晶體的形貌;使用X-射線(xiàn)衍射儀(XRD),考察碳酸鈣和硫酸鈣垢樣在2θ范圍10°~70°的晶形,分析阻垢機(jī)理。
硫酸鈣相較于碳酸鈣在水中溶解性更大,因此,該部分選擇以靜態(tài)阻垢測(cè)試,IA-AHPS-APEG 添加量為25 mg·L-1,對(duì)碳酸鈣的阻垢率作為考察目標(biāo),優(yōu)化IA-AHPS-APEG 的合成工藝條件。 選擇預(yù)實(shí)驗(yàn)中IA-AHPS-APEG 對(duì)碳酸鈣阻垢效果較佳的1組聚合物合成工藝條件為水平中心,即引發(fā)劑用量占單體摩爾總量的4%,反應(yīng)溫度80 ℃,反應(yīng)時(shí)間4.5 h。 固定單體IA、AHPS 和APEG 的投料量為2.3、6.1 和2.5 g,進(jìn)行中心復(fù)合設(shè)計(jì)。 實(shí)驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表 1,實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表2。
表1 中心復(fù)合設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels of Center composite design
表2 中心復(fù)合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental result of Center composite design
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析所得回歸方程為:
方程相關(guān)系數(shù)R2=0.9004,回歸方程與實(shí)驗(yàn)值擬合度較高(R2越接近1,方程擬合度越高)[14]。 最適宜值代碼A=0.150,B=-0.063,C=0.267;對(duì)應(yīng)的實(shí)際值為:引發(fā)劑用量占單體摩爾總量的4.3%,反應(yīng)時(shí)間79.4 ℃,反應(yīng)時(shí)間4.9 h,統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 IA-AHPS-APEG 對(duì)碳酸鈣阻垢性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析Table 3 Statistical Analysis of experimental results of IA-AHPS-APEG on calcium carbonate scale inhibition performance
由式(3)及表3 可以看出,各因素對(duì)IA-AHPSAPEG 共聚物阻碳酸鈣垢的影響順序?yàn)?C>A>B,即反應(yīng)時(shí)間>引發(fā)劑用量>反應(yīng)溫度。 根據(jù)方差結(jié)果分析:因素A(引發(fā)劑用量)和因素B(反應(yīng)時(shí)間)的P值均小于顯著性水平α(0.1),因素B(反應(yīng)溫度)的P值大于顯著性水平α(0.1),說(shuō)明引發(fā)劑用量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)IA-AHPS-APEG 的阻垢性能有顯著影響。 交互項(xiàng)AB、AC和BC的P值均大于顯著性水平α(0.1),交互因素對(duì)IA-AHPS-APEG 的阻垢性能影響不顯著。 而二次項(xiàng)A2、B2和C2的P值均小于顯著性水平α(0.1),二次項(xiàng)各因素對(duì)IAAHPS-APEG 的阻垢性能都具有顯著影響。
根據(jù)以上分析結(jié)果,刪除顯著影響不明顯的各因素,擬合方程可簡(jiǎn)化為:
圖1 顯示了IA-AHPS-APEG 共聚物對(duì)碳酸鈣的阻垢率隨引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間變化的曲線(xiàn)。
圖1 各因素對(duì)IA-AHPS-APEG 阻碳酸鈣垢性能的影響Fig.1 The influence of various factors on the performance of IA-AHPS-APEG in inhibiting CaCO3 scale
從圖1 可以看出,IA-AHPS-APEG 對(duì)碳酸鈣的阻垢性能隨著各因素的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。 這主要是由于對(duì)自由基聚合反應(yīng)而言,隨著引發(fā)劑用量的增加和反應(yīng)溫度的提高,自由基的產(chǎn)生速率會(huì)加快,鏈終止速率也會(huì)加快,聚合反應(yīng)趨于完全,聚合物物的轉(zhuǎn)化率得到提升。 但當(dāng)引發(fā)劑用量過(guò)多、反應(yīng)溫度過(guò)高后,會(huì)導(dǎo)致自由基產(chǎn)生速率過(guò)快,體系內(nèi)自由基數(shù)量增大,活性中心過(guò)多,聚合反應(yīng)過(guò)快,造成聚合物分子量過(guò)低,不利于其阻垢性能。 而反應(yīng)時(shí)間對(duì)聚合反應(yīng)過(guò)程也有一定的影響,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間過(guò)短時(shí),會(huì)造成聚合反應(yīng)不完全,合成的聚合物有效成分過(guò)低,影響阻垢性能,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后,會(huì)增大聚合物與鏈自由基的反應(yīng)概率,導(dǎo)致聚合物分子鏈過(guò)長(zhǎng),使聚合物的阻垢性能出現(xiàn)下降。
根據(jù)圖2~圖4 響應(yīng)面分析結(jié)果可以看出,當(dāng)聚合反應(yīng)的合成條件為引發(fā)劑用量4%~5%;反應(yīng)溫度78~82 ℃;反應(yīng)時(shí)間4.5~5.5 h 時(shí),IA-AHPSAPEG 對(duì)碳酸鈣的阻垢率在三維曲面的高點(diǎn),即等高線(xiàn)圖的中心區(qū)域。 此時(shí)IA-AHPS-APEG 對(duì)碳酸鈣具有較佳的阻垢性能。
圖4 反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間對(duì)IA-AHPS-APEG 阻垢性能的影響Fig.4 The influence of reaction temperature and reaction time on the scale inhibition performance of IA-AHPS-APEG
通過(guò)軟件對(duì)建立模型的分析,得到IA-AHPSAPEG 最適宜合成條件為:引發(fā)劑用量占單體摩爾總量4.3%,反應(yīng)溫度79.4 ℃,反應(yīng)時(shí)間4.9 h。 在此條件下,IA-AHPS-APEG 對(duì)CaCO3的阻垢率預(yù)測(cè)值為93.2%。
為驗(yàn)證響應(yīng)面法預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,采用上述合成條件制備3 組IA-AHPS-APEG 共聚物,使用1.3.1 靜態(tài)碳酸鈣阻垢測(cè)試法,進(jìn)行平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 結(jié)果顯示,IA-AHPS-APEG 對(duì)碳酸鈣的平均阻垢率為93.07%,與預(yù)測(cè)值偏差僅為0.13,說(shuō)明此模型方程與實(shí)際測(cè)試結(jié)果的擬合性良好,可信度較高。
表4 IA-AHPS-APEG 對(duì)碳酸鈣阻垢率的預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值Table 4 Predictive and experimental values of IA-AHPS-APEG on CaCO3 scale inhibition rate
圖3 引發(fā)劑用量與反應(yīng)時(shí)間對(duì)IA-AHPS-APEG 阻垢性能的影響Fig.3 The influence of initiator dosage and reaction time on the scale inhibition performance of IA-AHPS-APEG
選取以引發(fā)劑用量占單體摩爾總量4.3%,反應(yīng)溫度79.4 ℃,反應(yīng)時(shí)間4.9 h 所合成的IA-AHPSAPEG 共聚物,進(jìn)行碳酸鈣和硫酸鈣靜態(tài)阻垢性能測(cè)試,考察IA-AHPS-APEG 質(zhì)量濃度對(duì)碳酸鈣和硫酸鈣阻垢性能的影響。
從圖5 可以看出,隨著IA-AHPS-APEG 質(zhì)量濃度的增加,其對(duì)碳酸鈣的阻垢率也不斷增大,當(dāng)質(zhì)量濃度高于25 mg·L-1后,IA-AHPS-APEG 對(duì)碳酸鈣的阻垢率出現(xiàn)略微下降,但阻垢效果仍維持在較高水平。 這主要是由于阻垢劑通常具有閾值效應(yīng),因此 IA-AHPS-APEG 的質(zhì)量濃度達(dá)到一定限度后,IA-AHPS-APEG 的阻垢性能不會(huì)再隨著其質(zhì)量濃度的增大持續(xù)提升。 并且由于共聚物官能團(tuán)之間極性效應(yīng)的存在,會(huì)使共聚物產(chǎn)生吸附作用[15],導(dǎo)致IA-AHPS-APEG 的阻垢性能不能完全發(fā)揮,對(duì)碳酸鈣的阻垢率出現(xiàn)小幅下降。
圖5 IA-AHPS-APEG 質(zhì)量濃度對(duì)碳酸鈣阻垢性能的影響Fig.5 The influence of the mass concentration of IA-AHPS-APEG on the scale inhibition performance of CaCO3
從圖6 可以看出,隨著IA-AHPS-APEG 質(zhì)量濃度的增加,其對(duì)硫酸鈣的阻垢率也不斷升高,當(dāng)投加量為5 mg·L-1時(shí),IA-AHPS-APEG 對(duì)硫酸鈣的阻垢率接近100%,阻垢效果趨于穩(wěn)定。 說(shuō)明IAAHPS-APEG 在較低質(zhì)量濃度下,即可對(duì)Ca2+表現(xiàn)出良好的螯和作用,阻礙硫酸鈣晶體生長(zhǎng),達(dá)到較佳的阻硫酸鈣效果。
圖6 IA-AHPS-APEG 質(zhì)量濃度對(duì)硫酸鈣阻垢性能的影響Fig.6 The influence of the mass concentration of IA-AHPS-APEG on the scale inhibition performance of CaSO4
2.3.1 IA-AHPS-APEG 的紅外譜圖表征
聚合物IA-AHPS-APEG 洗滌提純后,進(jìn)行了FT-IR 分析。
根據(jù)圖7 結(jié)果顯示,3 427 cm-1處是羥基O—H伸縮振動(dòng)吸收峰;2 914 cm-1處是亞甲基CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰;1 717 cm-1處是羧基的伸縮振動(dòng)吸收峰;1 419 cm-1處是羧酸基—COO—的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰;1 099 cm-1和1 037 cm-1處是磺酸基團(tuán)—SO2—的伸縮振動(dòng)吸收峰;940 cm-1處是APEG 中醚鏈—OCH2CH2—的反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰,840 和792 cm-1處是C—H 鏈面外彎曲振動(dòng)吸收峰;613 cm-1處是S—O 的伸縮振動(dòng)吸收峰。
圖7 IA-AHPS-APEG 的紅外譜圖Fig.7 FT-IR spectra of IA-AHPS-APEG
IA-AHPS-APEG 的紅外譜圖顯示了羥基、羧基、磺酸基和醚基等一些列特征峰,在1 675 ~ 1 620 cm-1和910~890 cm-1處沒(méi)有出現(xiàn)—CC—的伸縮振動(dòng)吸收峰和CH2面外搖擺振動(dòng)吸收峰,說(shuō)明單體通過(guò)自由基聚合,形成了IA-AHPS-APEG 共聚物。
2.3.2 碳酸鈣垢樣的熱重分析
將添加聚合物IA-AHPS-APEG 前后的CaCO3垢樣洗滌干燥后,利用熱重分析儀進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖8。
圖8 添加IA-AHPS-APEG 前后碳酸鈣垢的熱重分析曲線(xiàn)(a)未添加IA-AHPS-APEG; (b)添加IA-AHPS-APEGFig.8 The thermogravimetric analysis curve of CaCO3 scale(a)without IA-AHPS-APEG; (b)with IA-AHPS-APEG
通過(guò)圖8 可以看出,未添加IA-AHPS-APEG 的CaCO3垢樣在640 ℃開(kāi)始出現(xiàn)分解。 而添加了IAAHPS-APEG 共聚物的CaCO3失量分為2 個(gè)階段。第1 個(gè)階段出現(xiàn)在180~620 ℃,主要是吸附在Ca-CO3垢上的IA-AHPS-APEG 聚合物分解的失量,質(zhì)量損失約為8%;第2 個(gè)階段出現(xiàn)在620~770 ℃,主要是CaCO3垢的分解過(guò)程。 加入IA-AHPS-APEG后CaCO3垢的失量平衡溫度大約是770 ℃,而標(biāo)準(zhǔn)CaCO3垢的失量平衡溫度是790 ℃,說(shuō)明IA-AHPSAPEG 影響了CaCO3晶體的正常生長(zhǎng),使CaCO3晶體發(fā)生了晶格畸變,CaCO3垢失衡溫度發(fā)生了改變。
2.3.3 碳酸鈣和硫酸鈣垢樣的SEM 表征
對(duì)加入IA-AHPS-APEG 前后所得碳酸鈣和硫酸鈣垢樣進(jìn)行SEM 掃描觀(guān)察,結(jié)果見(jiàn)圖9 和圖10。
圖9 添加IA-AHPS-APEG 前后碳酸鈣垢的SEM 圖像(a)未添加IA-AHPS-APEG; (b)添加IA-AHPS-APEGFig.9 The SEM image of CaCO3 scale (a)without IA-AHPS-APEG; (b)with IA-AHPS-APEG
從圖9 可以看出,未添加IA-AHPS-APEG 的碳酸鈣垢樣,表面光滑,呈現(xiàn)出規(guī)則的菱形結(jié)構(gòu)。 加入IA-AHPS-APEG 聚合物后,碳酸鈣的尖銳邊緣基本消失,顆粒間更加分散。 由圖10 可見(jiàn),硫酸鈣垢樣在未添加IA-AHPS-APEG 時(shí),呈現(xiàn)出規(guī)則的針狀結(jié)構(gòu),并具有單斜晶對(duì)稱(chēng)性;在添加了IA-AHPSAPEG 后,晶體結(jié)構(gòu)被明顯破壞,呈現(xiàn)出松散的無(wú)規(guī)則狀態(tài)。 說(shuō)明IA-AHPS-APEG 能夠附著在碳酸鈣和硫酸鈣垢晶體的活性增長(zhǎng)點(diǎn)上,抑制晶格的正常生長(zhǎng)。 同時(shí),由于IA-AHPS-APEG 具有很強(qiáng)的吸附性,可以對(duì)碳酸鈣和硫酸鈣垢進(jìn)行包裹,形成雙電層[16],使其表面帶上相同的負(fù)電荷,實(shí)現(xiàn)離子間因電荷相同而相互排斥,從而懸浮在水中,起到分散作用。
圖10 添加IA-AHPS-APEG 前后硫酸鈣垢的SEM 圖像(a)未添加IA-AHPS-APEG; (b)添加IA-AHPS-APEGFig.10 The SEM image of CaSO4 scale (a)without IA-AHPS-APEG; (b)with IA-AHPS-APEG
2.3.4 碳酸鈣和硫酸鈣垢樣的XRD 表征
對(duì)添加IA-AHPS-APEG 前后的碳酸鈣和硫酸鈣垢樣使用X-射線(xiàn)衍射儀進(jìn)行表征,測(cè)試范圍10°~70°,結(jié)果見(jiàn)圖11 和圖12。
圖11 添加IA-AHPS-APEG 前后碳酸鈣垢的XRD 譜圖(a)未添加IA-AHPS-APEG; (b)添加IA-AHPS-APEGFig.11 The XRD spectrum of CaCO3 (a)without IA-AHPS-APEG; (b)with IA-AHPS-APEG
圖12 添加IA-AHPS-APEG 前后硫酸鈣垢的XRD 譜圖(a)未添加IA-AHPS-APEG; (b)添加IA-AHPS-APEGFig.12 The XRD spectrum of CaSO4 (a)without IA-AHPS-APEG; (b)with IA-AHPS-APEG
從圖11 可以看出,在沒(méi)有添加IA-AHPS-APEG時(shí),碳酸鈣垢的衍射峰在29°、39°和43°附近最強(qiáng),主要對(duì)應(yīng)的是方解石晶型。 而添加了IA-AHPSAPEG 聚合物之后,方解石晶型對(duì)應(yīng)的衍射峰明顯減弱,在25°、27°、33°、44°和50°處出現(xiàn)了球霞石晶面的衍射峰,說(shuō)明加入阻垢劑后,碳酸鈣垢發(fā)生了晶格畸變[17,18],晶型由穩(wěn)定的方解石晶型向亞穩(wěn)態(tài)的球霞石方向轉(zhuǎn)變。 從圖12 可以看出,添加IAAHPS-APEG 后,硫酸鈣垢的峰強(qiáng)發(fā)生了明顯的變化,典型特征峰強(qiáng)度明顯減弱,說(shuō)明IA-AHPS-APEG有效抑制了硫酸鈣晶體的生長(zhǎng)。
1)經(jīng)過(guò)中心復(fù)合設(shè)計(jì)對(duì)IA-AHPS-APEG 合成反應(yīng)條件的優(yōu)化,當(dāng)引發(fā)劑用量為4.3%,反應(yīng)溫度79.4 ℃,反應(yīng)時(shí)間4.9 h 時(shí),制備的IA-AHPS-APEG對(duì)CaCO3阻垢率平均可達(dá)93.07%,實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的偏差較小,所得回歸方程擬合性良好。
2)IA-AHPS-APEG 共聚物在5 mg·L-1濃度下,對(duì)硫酸鈣的阻垢率接近100%,表現(xiàn)出良好的阻硫酸鈣垢性能。
3)碳酸鈣、硫酸鈣垢的SEM 和XRD 表征結(jié)果顯示,加入IA-AHPS-APEG 聚合物,可以影響碳酸鈣和硫酸鈣晶體的增長(zhǎng),并使碳酸鈣垢發(fā)生晶格畸變。