绿色水处理药剂的合成及其与静电场协同性能研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:河北省重点研发计划项目()河北省科学院科技计划重点研发项目资金资助()河北省科学院高层次人才与资助项目()作者简介:刘展()女河北石家庄人高级工程师硕士主要从事水处理技术的研究 电话:.通信作者:刘振法()男研究员博士主要从事工业节水及污水资源化的研究 电话:.闫美芳()女副研究员博士主要从事工业水处理的研究 电话:.绿色水处理药剂的合成及其与静电场协同性能研究刘展闫美芳李娜郑玉轩高玉华李海花刘振法(.河北省科学院 能源研究所河北 石家庄.河北省工业节水工程技术研究中心河北 石家庄.河北桑沃特水处理有限责任公司河北 石家庄)摘 要:采用不含磷氮的药剂衣康酸()和甲基丙烯磺酸钠()合成了环保型的两元共聚物药剂并系统研究了合成工艺条件对共聚物性能的影响 最终得到最佳合成条件如下:原料质量比()为 聚合温度为 聚合时间为 此外引发剂和链转移剂的添加量均为原料总质量的 经静态阻垢实验研究表明合成的共聚物具有优异的阻垢性能和分散性能 将该共聚物与静电场结合用于阻垢性能研究结果表明静电场的存在使/的阻垢性能提高了 静电与/共聚物具有协同增效作用关键词:衣康酸甲基丙烯磺酸钠阻垢剂静电场协同作用中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):()().:()./.:水资源短缺是全球性问题而工业用水量大是造成问题的主要因素 循环使用工业用水是节水的重要手段但这会使水中结垢离子结合以沉淀形式析出导致设备热交换效率下降 目前都是采用添加水处理剂的方式来缓解水系统结垢问题其具有操作简单、效果好和成本低等优点常用的药剂有的会造成水体富营养化和环境破坏有的效果不够优异这使得无磷且高效的合成高分子水处理剂受到广泛关注本研究将含有磺酸基团的 与 共聚得到一种阻垢分散性能优异的绿色环保药剂 随后还研究了静电场存在时该药剂的性能实验证明静电可显著提高其阻垢性能 实验部分.试剂与仪器衣康酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、异丙醇、亚硫酸氢钠、过氧化氢(质量分数)、磷酸二氢钾、硫酸亚铁铵、碳酸氢钠、无水氯化钙、四硼酸钠均为分析纯 型电子天平 型定时恒温磁力搅拌器 型静电水处理器 型电热恒温水浴锅普析通用 型双光束紫外分光光第 期刘展等:绿色水处理药剂的合成及其与静电场协同性能研究度计.共聚物的合成将原料、用去离子水溶解后加入到反应烧瓶中烧瓶放置于集热式磁力搅拌水浴锅内待系统升温至 之后依次加入过硫酸铵、异丙醇待系统温度稳定后采用注射泵同时向系统中匀速加入(约用时.)亚硫酸氢钠溶液(质量浓度)和双氧水(质量浓度)之后溶液 下持续反应 最后得到的透明液体为/水溶液.共聚物的性能测定.对碳酸钙的阻垢性能测定对碳酸钙阻垢性能的测定方法参照国家标准/在 配 制 水(/均以 计)中加入药剂将恒温水浴锅的温度设置为 后溶液进行水浴 用一定浓度的 溶液准确滴定室温后的溶液中 浓度记录消耗 的体积计算阻垢率()公式如下 ()式中:、分别为无药剂加热后、加药剂加热后和常温原水消耗的 溶液体积.对硫酸钙的阻垢性能测定对硫酸钙阻垢性能的测定方法参照石油标准/将一定量合成的药剂加入到 配制水 /(以 计)中所得溶液 水浴恒温 用一定浓度的 溶液滴定冷却溶液中钙离子的浓度计算药剂对硫酸钙阻垢率()()式中:、分别表示无药剂加热后、加药剂加热后和常温配制原水消耗的 溶液体积.对磷酸钙阻垢性能的评定 测定方法参照国家标准/在 配制水(/以 计 浓度为 /)中加入一定量合成的药剂溶液放置于 恒温水浴锅中保温 之后用 溶液滴定冷却后的溶液中钙离子浓度计算得到水处理剂对磷酸钙的阻垢率()()式中:、分别为不加药剂加热后、添加药剂加热后和常温配制原水中 的质量浓度/.对氧化铁分散性能的评定 将 含有不同浓度药剂的制备水(为 /为/以 计)加入锥形瓶中强烈搅拌然后在 下水浴 冷却后测量溶液上层清液的透光率(比色管波长 )透光率以蒸馏水为对比蒸馏水的透光率为 透明溶液的透光率越小分散效果越好.生物降解性能的评定采用生物摇床实验法对药剂的生物降解性进行测定在实验用的锥形瓶中加入接种物和含有一定量药剂的水溶液 之后放置于 的恒温振荡摇床中分别在 测定溶液的化学需氧量即 由下式进行计算可以得到药剂的生物降解率降解率 ()式中:、分别为 时刻不含药剂以及含有药剂的接种反应液中的 数值/、分别为不含药剂和加入药剂的接种反应液中 初始值/结果与讨论.共聚产物对碳酸钙的阻垢性能研究采用静态法测定药剂的阻 性能结果见图 图 聚合物对 的阻垢性能研究.由图 可知药剂的阻垢性能随着投加量的增加而变得越来越好在药剂投加量达到 /其阻垢性能达到最好阻垢率为 这是由于/共聚物溶于水时会发生电离生成带有负电荷的分子链这些带负电荷的分子链可与钙离子产生螯合作用生成结构稳定的螯合物增加了成垢离子在水中的溶解度从而起到阻垢作用.共聚产物对硫酸钙的阻垢性能研究图 为合成产物对硫酸钙阻垢性能的测定结果 由图 可知聚合物对硫酸钙有着非常优异的阻垢性能药剂投加量为 /时阻垢率就可以达到 加药量为 /时对硫酸钙的阻垢率就达到 应用化工第 卷图 聚合物对 阻垢性能研究.共聚产物对磷酸钙的阻垢性能研究共聚物对磷酸钙的阻垢性能测定结果见图 图 聚合物对()阻垢性能研究.()由图 可知随着不断增大加药量药剂对磷酸钙的阻垢率越来越高在加药量增加到 /时其阻垢率达到最高达 之后药剂添加量的增加对阻垢率不再有影响.共聚产物对氧化铁的分散性能研究对共聚产物的分散性能进行了研究衣康酸和甲基丙烯磺酸钠进行共聚后产物表现出了很优异的分散性能 由图 可知当药剂的投加量为 /时分散氧化铁后上层清液的透光率为 当加药量增加到/后药剂的分散效果达到最优溶液的透光率达到 此时药剂中含有的磺酸基团和溶液中的铁离子发生了螯合作用从而铁离子不会以沉淀形式析出达到了分散的作用图 聚合物的分散性能研究.共聚产物的生物降解性能研究将药剂进行生物降解性测试由图 可知产物的降解率随着时间延长而增大 时降解率为说明该共聚物属于易生物降解性物质避免了其长期应用造成水体富营养化和水环境污染图 聚合物的生物降解性能研究.共聚物与静电协同的阻碳酸钙垢性能研究为了研究/共聚物与静电场的协同阻垢效果采用 型高压静电水处理器对实验用水进行处理后再进行药剂阻垢性能的测定得到实验数据见图 图 静电场与药剂协同时对 阻垢性能的研究.由图 可知静电场存在条件下比单独加药的阻垢率可提高 从另一方面说在达到相同的阻垢效果时静电场的加入可以明显降低药剂投加量 由以上可以看出静电与药剂确实有协同增效作用而且静电处理方式是一种物理水处理方式能耗低安全无污染相比化学加药方式更环保 结论()以 和 为原料合成了一种无磷、无氮的环保型水处理剂/二元共聚物 得到其最优合成条件:原料质量比()为 聚合温度为 聚合时间为 此外过硫酸铵和异丙醇的添加量均为原料总质量的()采用了静态实验的方法对/共聚物的阻垢和分散性能进行了研究结果表明共聚物对碳酸钙、硫酸钙以及磷酸钙均具有优异的阻垢第 期刘展等:绿色水处理药剂的合成及其与静电场协同性能研究性能对氧化铁的分散性能也很突出()在静电场存在的条件下测定了/共聚物的阻垢性能其阻垢率比单独使用药剂时增加了()综上所述合成的/共聚物具有优异的阻垢分散性能且不含磷和氮对环境友好共聚物与静电场具有协同效应为新型物理化学循环冷却水处理技术的开发提供了理论指导参考文献:王爱芝.水资源水生态水环境承载能力与推动经济社会发展的关系.今日财富():.李虹陈建昌袁国光等.现代工业循环水系统节能减排研究.中国高新科技():.李海燕余波高波等.循环水除垢技术的研究与应用.氯碱工业():.毕国旗.循环冷却水浓缩倍率对循环水系统影响的研究.吉林电力():.王金华孙飞傅晓萍等.环保型低磷循环水处理技术及其应用.石油炼制与化工():.张光华韩小倩张万斌等.示踪型羧酸盐阻垢剂的制备及阻垢性能评价.应用化工():.王玉龙晏雅婧肖惠宁等.疏水改性高分子絮凝剂的制备及其煤化工含油废水应用研究.应用化工():.赵丽娜.油田用阻垢分散水处理剂的合成及其性能研究.南京:东南大学:.何婷婷.三聚氯氰交联的多胺型水处理剂的制备及其应用研究.大连:大连理工大学:.王玉江方洪波姚明修.碳酸钙阻垢剂研究进展及阻垢作用机理.应用化工():.刘展闫美芳刘振法等.改性聚环氧琥珀酸类水处理药剂的研究进展.应用化工():.沈哲黄志宇李俊等.油田水处理化学品性能评价模型的建立与实施.应用化工():.张晓瑞蒋彩云张政等.阻垢剂的研究进展.应用化工():.余伟黄牧李爱民等.多功能型天然高分子水处理剂的研究.环境化学():.(上接第 页)刘公召李华宇杨振声等.水溶性咪唑啉酰胺对小分子有机酸的缓蚀性能.腐蚀与防护():.程玉山吴晋英黄长山.聚天冬氨酸阻垢缓蚀性能量子化学研究.工业水处理():.周丽厉安昕高慧妍等.水溶性咪唑啉缓蚀剂的合成及应用研究.当代化工研究:.王凤平敬和民辛春梅.腐蚀电化学.版.北京:化学工业出版社:.黄康利石顺存胡薇等.含双键酰胺咪唑啉季铵盐缓蚀性能研究.工业水处理():.周公度段连云.结构化学基础.版.北京:北京大学出版社:.郭睿张春生包亮.新型咪唑啉缓蚀剂的合成与应用.应用化学():.张冉冉.水溶性咪唑啉酰胺的物性及成膜性能研究.沈阳:沈阳工业大学.邢占忠李永剑.水溶性咪唑啉类缓蚀剂的合成及性能研究.应用化工():.毛满意.水溶性咪唑啉缓蚀剂的合成及其应用.武汉:武汉科技学院.杨振声.水溶性咪唑啉酰胺的制备及其缓蚀行为研究.沈阳:沈阳工业大学.马文军范峥李稳宏等.咪唑啉类缓蚀剂性能的评价及其机理研究.化学工程():.胡松青华建春石鑫等.咪唑啉衍生物缓蚀剂的定量构效关系及分子设计.物理化学学报():.张军于维钊燕友果等.咪唑啉缓蚀剂在()表面吸附行为的分子动力学模拟的缓蚀性能.物理化学学报():.程玉山徐会武黄长山等.水溶性咪唑啉酰胺对 钢的缓蚀性能研究.应用化工():.何晓英.咪唑啉缓蚀剂的合成及其缓蚀性能评价.大庆:东北石油大学.刘公召杨振声邱克强.一种新型水溶性咪唑啉酰胺缓蚀剂的合成及量子化学分析.化学世界:.