一種低磷緩釋劑PBTCA 的研發(fā)與應(yīng)用

岳 紅

（棗莊職業(yè)學(xué)院，山東 棗莊 277800）

引言

PBTCA 又稱(chēng)2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸，分子式的寫(xiě)法是C7H11O9P，是一種五元有機(jī)酸[1]。它具有較好的抗氧化性能，耐腐蝕性，且可以耐高溫。原因是由于其分子是不含碳-氮鍵的，而且含有羧基和膦酸[2]。

PBTCA 是一種低毒水處理使用藥劑，它具有良好的性質(zhì)與性能，比如是具有分散和延緩腐蝕，更低含量的磷元素包含[3]。它在水中可以和金屬離子進(jìn)行螯合，防止堵塞，減緩金屬腐蝕。這樣便更加普遍的應(yīng)用于水處理產(chǎn)業(yè)中，而伴隨市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，PBTCA 的使用愈加廣泛。這樣就急需一種效率高的方法和手段來(lái)進(jìn)行批量生產(chǎn)[4-5]。

目前PBTCA 的合成工藝一般是高溫蒸汽自催化水解，但是也具有一定的弊端，比如水解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量不安穩(wěn)，易造成浪費(fèi)時(shí)間與資源的情況出現(xiàn)，或者進(jìn)行鹽酸催化腐蝕設(shè)備，造成污染與浪費(fèi)[6]。因此有害氣體去除，清潔與控制，替代傳統(tǒng)方法從而解決實(shí)際問(wèn)題，使工業(yè)生產(chǎn)更加穩(wěn)定、環(huán)保、高效。PBTCA 應(yīng)用市場(chǎng)廣泛，可以更好的發(fā)揮清潔效果。具有良好的效能效用[7-11]。因此研究PBTCA 的發(fā)展與優(yōu)化在工業(yè)生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境具有重大的意義。

1 實(shí)驗(yàn)方法

首先，用相同摩爾比的馬來(lái)酸二甲酯和亞磷酸二甲酯混合均勻，倒入四口燒瓶中，然后加入適量的甲醇鈉溶液，反應(yīng)一定時(shí)間，大概2 h 左右，然后將反應(yīng)后的產(chǎn)物和丙烯酸甲酯混勻然后在倒入四口燒瓶中，在加入同樣摩爾量的甲醇鈉溶液，繼續(xù)反應(yīng)大約6 h～7 h 即可得到PBTCA。后續(xù)進(jìn)行烘干，保存的過(guò)程保持無(wú)菌，以維護(hù)產(chǎn)物的活性性狀。

2 研究意義

氣體脫硫劑可以分成干法和濕法，其中硫化氫氣體可以被特定藥劑吸收，并將硫離子氧化，進(jìn)行PBTCA 作為脫硫催化劑配劑。干熄焦鍋爐通常吸收熱量利用循環(huán)氮?dú)庥糜诩訜徨仩t。而PBTCA 用作爐水處理劑。不過(guò)爐水處理劑的使用也有一定的說(shuō)法，就是它需要使用一些無(wú)機(jī)鹽來(lái)調(diào)節(jié)其酸堿度和離子含量。這樣可以有效減少沉淀，使其進(jìn)行更好的處理污水，不過(guò)如果它的反應(yīng)條件不穩(wěn)，調(diào)節(jié)不是很便捷，它會(huì)形成酸堿度不平穩(wěn)和腐蝕性強(qiáng)，損害爐子。

PBTCA 可以在水中與多種金屬離子進(jìn)行螯合作用這樣可以防止生成難溶沉淀物，會(huì)造成管道堵塞影響使用效果。不僅如此，還可以在碳鋼表面溶解氧形成沉淀膜，起到延緩的侵蝕作用。而且無(wú)論介質(zhì)狀態(tài)是否恰當(dāng)他都可以很好的起到效果。對(duì)PBTCA 的利用可以使穩(wěn)定安全，毒性不高，對(duì)人體和環(huán)境較少的危害。

紅外分析方法是將干燥溴化鈉粉末使用壓力機(jī)壓成薄片，并將產(chǎn)物液體滴入并進(jìn)行紅外掃描，在觀察碳譜形態(tài)，進(jìn)行去偶加脈沖激光，觀察并從而確定化學(xué)結(jié)構(gòu)形態(tài)。

3 生產(chǎn)與應(yīng)用

對(duì)鍋爐指標(biāo)而言，使用安全和壽命長(zhǎng)短是較為重要的。通過(guò)研究應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其在以下幾方面的應(yīng)用效果突出：首先，使PBTCA 作為催化劑脫硫，鐵離子就會(huì)損失減少，能耗也降低，提升了效率。而進(jìn)行爐水處理時(shí)，水質(zhì)改善較為明顯，排污效果增強(qiáng)，提高水質(zhì)量和鍋爐熱效率，使設(shè)備較少腐蝕到。而進(jìn)行其他方面應(yīng)用時(shí)，其功效效能，使用效果得到明顯改善與提高。

在酯化反應(yīng)中，首先需要伴隨堿金屬氧化物進(jìn)行親核反應(yīng)，然后下一步進(jìn)行米歇爾反應(yīng)加成。從而進(jìn)行PBTCA 的合成，這屬于一種有機(jī)反應(yīng)，放熱進(jìn)行，促進(jìn)正向反應(yīng)進(jìn)程，是其合成與開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵步驟。

自動(dòng)化合成進(jìn)行，然后使物質(zhì)中的反應(yīng)物持續(xù)進(jìn)行，且改進(jìn)反應(yīng)方式，進(jìn)行可逆反應(yīng)然后合成，是具有好的改善的比如：提升效率，減少時(shí)間浪費(fèi)，減少用人成本浪費(fèi)，相比人工復(fù)雜程序，自動(dòng)化生產(chǎn)提高工作效率和準(zhǔn)確率，且使產(chǎn)品穩(wěn)定，更加安全方便。在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，交通，生產(chǎn)，以及金屬煉鋼產(chǎn)業(yè)的清潔步驟中，早期出現(xiàn)了以油溶油的原理，而這樣是不能避免使用不太安全的汽油柴油等工業(yè)用油，易燃易爆，是非常危險(xiǎn)的，同時(shí)也消耗不可再生能源，既不環(huán)保也不經(jīng)濟(jì)。而當(dāng)時(shí)在國(guó)外例如，荷蘭日本，美國(guó)英國(guó)，是具有表活性化學(xué)洗劑的，這樣的金屬清洗劑是比油類(lèi)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且安全的。

隨后進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)，批量進(jìn)行使用更為普遍。而現(xiàn)在的理念是綠色高效環(huán)保，應(yīng)用廣泛，而到了近期高效的化學(xué)清洗劑開(kāi)始逐漸引用于國(guó)內(nèi)，后來(lái)也因?yàn)榉N種原因限制，節(jié)能環(huán)保的清潔能源開(kāi)始多項(xiàng)發(fā)展，

且隨著運(yùn)輸與交通的便捷，這樣也可以進(jìn)行較快較好的發(fā)展，在當(dāng)今時(shí)代越來(lái)越離不開(kāi)化學(xué)試劑的使用，這個(gè)行業(yè)與趨勢(shì)是非常具有發(fā)展前景的，但是不可避免地問(wèn)題就是我國(guó)是近期才慢慢接收新生事物與進(jìn)行追趕世界發(fā)展速度的。而與其他強(qiáng)國(guó)相比缺少了時(shí)間的積淀，所以我們相對(duì)而言沒(méi)有更為核心的技術(shù)，而且也同時(shí)更為依賴(lài)進(jìn)出口，而依據(jù)這樣的情況我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了一些政策和支持化學(xué)事業(yè)的發(fā)展。

目前我國(guó)內(nèi)情況是屬于不太先進(jìn)，技術(shù)發(fā)展有限，又進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)資源有限，因此技術(shù)一直得不到大幅度提升，遇到瓶頸。因此我們需要投入精力與時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)新人才發(fā)展，向更為先進(jìn)的領(lǐng)域沖擊。

然而綜合實(shí)際情況時(shí)，是不好出現(xiàn)同時(shí)滿(mǎn)足清洗率高、乳化好、性能較好的表面活性劑，影響清洗率的因素有很多，泡沫性能是會(huì)有所影響的，但是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)律來(lái)參考。在工業(yè)內(nèi)的需求是需要清洗率較高，成本低的表活清洗劑，為降低成本，所以?xún)?yōu)先選擇濁點(diǎn)低的清洗劑。原因有以下方面：因?yàn)楸砻婊钚詣┰跐狳c(diǎn)低的范圍內(nèi)使用效果好，而且濁點(diǎn)低可以減少能源損失，促進(jìn)保護(hù)環(huán)境，而且還可以提高清洗效果。鑒于對(duì)配方的成本、對(duì)環(huán)境的影響、粘度的考慮，經(jīng)多次調(diào)整。緩蝕劑在工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中需要對(duì)作用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，便于建立適宜的緩蝕劑的加注制度和緩蝕效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

在添加適量緩蝕劑時(shí)，金屬可以有效防止腐蝕過(guò)程快速進(jìn)行，而隔離保護(hù)使該過(guò)程加長(zhǎng)。緩蝕劑具有操作簡(jiǎn)單、效果明顯的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。不僅用于日化工業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)還應(yīng)用于高端領(lǐng)域如航空航天產(chǎn)業(yè)、汽車(chē)行業(yè)等使用緩蝕技術(shù)以求更大程度地改善產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量或提高工業(yè)生產(chǎn)效率。而金屬腐蝕過(guò)程由成群腐蝕到精細(xì)腐蝕，過(guò)程更加精簡(jiǎn)和繁瑣，緩蝕過(guò)程逐漸演化成相對(duì)成熟的過(guò)程。至今各類(lèi)新型的緩蝕劑、新型的緩蝕技術(shù)都還在不斷地被學(xué)者們挖掘。緩蝕劑具有很多種類(lèi)，也具備不同的性質(zhì)、作用、機(jī)理，緩蝕效果評(píng)價(jià)應(yīng)用方法不應(yīng)過(guò)于單一，需要進(jìn)行多次測(cè)量比對(duì)從而統(tǒng)一成一種智能評(píng)價(jià)來(lái)測(cè)試緩蝕效果，使信息互補(bǔ)，相互驗(yàn)證得到相對(duì)準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

Q235 鋼是常見(jiàn)的低碳鋼，鋼鐵在純的中性或堿性水中氧化時(shí)會(huì)在鋼鐵表面形成兩層氧化物。內(nèi)層是緊密的Fe3O4層，外層是形成速度快但穩(wěn)定性較差的Fe3O4層。PBTCA 含羧基較多，酸度較大，在使用的過(guò)程中，假如控制不當(dāng)易適得其反，不僅不能起到緩蝕作用，反而還會(huì)加速腐蝕，通常也需要復(fù)配來(lái)協(xié)調(diào)PBTCA 的不足。

4 實(shí)際應(yīng)用情況

PBTCA 具有良好的理化性能，所以具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

比如他可以應(yīng)用于脫硫試劑、爐水處理劑、金屬清洗劑，以下為實(shí)際應(yīng)用舉例。

傳統(tǒng)的爐水處理劑例如強(qiáng)堿作為處理和調(diào)節(jié)水質(zhì)，存在一些短板和缺陷，也會(huì)效率低下，具有無(wú)法很好滿(mǎn)足行業(yè)需求的特點(diǎn)。因此應(yīng)該研究一種新型爐水處理劑。所以可以用作爐水處理劑：干熄焦鍋爐通常利用循環(huán)氮?dú)馕崭邷亟固恐械臒崃浚糜阱仩t加熱。鍋爐爐水采用PBTCA 作為處理劑配劑之一。

在金屬清洗劑中，可使用PBTCA 進(jìn)行復(fù)配和改良。在化工生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，傳統(tǒng)酸洗試劑會(huì)造成設(shè)備易于腐蝕，甚至造成生命健康威脅，因此使用PBTCA 進(jìn)行主要清洗劑成分，提高清洗效率，具有很多優(yōu)勢(shì)，在換熱設(shè)備清洗中產(chǎn)生了很好的作用。

1）使用PBTCA 作為主要成分的絡(luò)合鐵催化劑，在脫硫過(guò)程中副鹽生長(zhǎng)極為緩慢，鐵離子損失少，堿耗低，蒸汽消耗少，脫硫效率高。

2）PBTCA 作為有機(jī)緩蝕阻垢劑用于爐水處理，改善爐水水質(zhì)明顯，可降低排污率，提高水濃縮倍率，提高鍋爐熱效率，減緩設(shè)備腐蝕。

3）PBTCA 用作金屬清洗劑時(shí)，因其低磷、不含氯、揮發(fā)性低、易降解等特性，效果較酸洗、有機(jī)氯洗要好。

5 結(jié)果與討論

水解反應(yīng)受到諸多因素的影響，因此采用控制變量法探究溫度壓力對(duì)反應(yīng)的影響，得出結(jié)果如下：壓力隨溫度升高，且在反應(yīng)時(shí)間相同時(shí)，PBTCA 產(chǎn)量更多在升溫時(shí)。同時(shí)含有膦酸（—PO3H2）和羧酸基（—COOH）基團(tuán)，其化學(xué)穩(wěn)定性較好，耐酸、堿性能好。在產(chǎn)業(yè)行業(yè)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景良好。鑒于PBTCA 的特殊化學(xué)性質(zhì)，適宜在化工行業(yè)中進(jìn)行研究及推廣使用。