绿色阻垢剂研究进展.pdf

2013年3月
李茜等.绿色阻圻剂研究进展
绿色阻垢剂硏究进展
李茜',马喜平,王成龙,黄文佼
(1.西南石油大学化学化工学院,成都610500;2,中国石油工程设计有限公司新疆设计院,克拉玛依834000
[摘要]对常见的阻垢剂和绿色阻垢剂进行了综述,着重对聚天冬氨酸(PSAP)和聚环氧
琥珀酸(PESA)等新型绿色阻垢剂的研究现状进行了总结。
关键词]绿色化学绿色阻垢剂聚天冬氨酸聚环氧琥珀酸
绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、的C00~基团,对M32-,Ca2',Cu2',Fe2等离
清洁化学叫,其核心是利用化学技术与方法从根子具有较强的螯合能力,不仅有凝聚和分散的作
本上减少甚至消灭那些对人类健康或环境有害的用,还能在无机垢结晶过程中干批晶格的正常排
原料、产物、副产物、试剂和溶剂等的产生和应用。列,从而达到防垢和阻垢的作用。而且聚羧酸类
工业循环冷却系统及各种管道中,结垢会降低传阻垢剂具有成本低、用量少、阻垢效果好,且不滋
热效率,阻塞管道,引发垢下腐蚀。日前,国内外养菌藻,一直受到人们的关注,但是其不能生物降
普遍采用阻垢剂,以延缓污垢的产生。随着社会解为对环境无害的最终产物,长期富集会污染环
的发展,人们的环保意识也逐渐提高,所以阻垢剂境,不能满足绿色化学的要求。几种聚羧酸类
向无毒无害无磷、低磷新型高效及生物降解性好垢剂的性能特征如表2所示
的环境友好型的绿色阻垢剂的方向发展2]。
表2几种聚羧酸类阻垢荆的性能特征
1常见的阻垢剂
名称
性能特征
1有机膦酸类阻垢劑
聚内烯酸
阻碳酸钙、胶钙垢良好。
水解马来酸酐
阻碳酸锄、酸钙垢良好,耐高温
有机膦酸癸的阻垢剂的化学稳定性好,耐高马来酸酐-丙烯酸共聚物阻碳酸钙、磯酸钙垢良好,酎高温
温,不易水解,可以和金属离了配合形成立体大分丙烯酸-甲坫丙酸共聚物阻碳酸钙、酸钙垢良好
子环状配合物,分散在水中被坏钙垢晶体的生长,時其物
兼有阻垢和缓独效果,保持性良好
破酸基聚炭酸兼有阻垢分散作用,耐铁离子
从而起到阻垢的作用。但是,含磷化合物易滋养
菌藻,使环境水体富氧化,造成水体污染。常见的2绿色阻垢剂
几种典型的有机胖酸类阻垢剂有:(1)氨基三甲
天然绿色阻垢剂的优点是易得廉价、无害无
又膦酸(ATMP),分子式为N(CH2POH2)3;(2)毒、易降解、对环境无污染;缺点是高温高压下易
羟基乙叉二磷酸(HFP),分子式为C2H20,P2;分解,用量很大?。几种典型的天然阻垢剂如表
(3)乙二胺四甲叉酸( EDTMIPA),分子式为3所示。
C。H2O2N2P4;(4)2,4-三羧酸-2-膦酸基丁烷
表3几种天然阻垢剂的作用特征
( PBTICA),分子式为C2H10,P。它们的主要性能
名称作用特征
特征如表1所示。
单宁
能与Ca2+,Mg2+等形成溶解度较大的螯合物
淀粉和纤维素对Ca2,M32等其有抑制作用
表1几种有机膦酸阻垢剂的性能特征
木质素
能与金属离子形成螯合,从而阻垢
名称
性特征
壳聚糖
良好的阻CaC.03垢形成
AMP
阻碳酸钙、硫酸良好,缓蚀
腐植酸钠
可抑制CaCO3晶体的生长
阻碳酸钙垢良好,蚀
EMMMPA
阻碳酸钙、硫酸鈣垢良好,缓蚀
2.1聚天冬氨酸
PBTCA
阻碳酸钙和磷酸钙垢良好
聚天冬氨酸(PASP)是近年来人类受到海洋
有机酸酯
阻硫酸鈣垢较好,抑制碳酸钙垢较差
1.2聚羧酸类阻垢剂
收稿日期:2012-11-19。
作者简介:李茜,在校研究牛,主安从事油田化学方面的研究
聚羧酸类阻垢剂中起主要作用的是聚合物中
精细石油化工进展
第14卷第2期
ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS
动物的代谢过程启发而成功开发出来的一种新型使CaCO垢层中的晶体结构发生畸变,产生了
的环境友好型阻垢剂,成为国内外的研究热些较大的不规则的非结晶颗粒,从而使CaCO3硬
点?。它的最终产品无毒,制作它的原料和制作垢变为软垢。(3)配合增溶作用。PASP和Ca2
工艺对人体和环境都无害,而且有很强的生物降能生成稳定的配合物,降低了水中Ca2浓度,使
解性,阻垢能力非常强。聚天冬氨酸有2种合成得水中析出CaCO2的可能性降低。由于凝聚分
方法:(1)L-天冬氨酸尤水热缩聚法,以天冬散、配合及晶格畸变的共同作用,使得形成的
氨酸为原料进行热缩聚得到聚琥珀酰亚胺,再在。CaCOっ3晶粒要细小很多,而且有较大的表面自由
碱性条件下水解,得到PASP;(2)由马来酸酐(顺能,从而增加了CaCO3的溶解度,提高了CaCO
丁烯二酸)为原料合成热聚合,合成PASP。
晶粒析出时的过饱和度
刘华荣等以马来酸酐和氨水为原料,采用
PASP可以螯合钙、镁、铁、铜等多价金属离
热缩聚反应制备PASP。通过正交实验确定了聚子,尤其能够改变钙盐晶体结构,使其形成软垢
合物中间体聚瑰珀酰亚胺(PSI)及PASP的最佳因而具有良好的阻垢性能。
合成工艺条件:H3PO4与马来酸酐的质量比为
为了增加PASP的阻垢性能,研究者通过各
0.15:1、氨水与马来酸卧的物质的量比为1.7:1、种途径研究影响PASP阻垢性能的条件,并尽力
聚合温度为20℃、聚合时间为60min;FSI的最找出最佳的合成和应用条件。除此之外,还对其
佳水解条件为:NaOH与SI的质量比为0.55:1、进行改性,以增加其环保性和阻圻性。为了提高
水解时间为30mia、水解温度为70℃、NaOH的PASP的阻垢性能的同时降低其经济成本,研究者
浓度为6molL。荆国林等也采用马来酸酐与把PASP与丙烯酸一丙烯酸乙酯一衣康酸三元共
氨水为原料,采用溶液聚合的方法制备聚天冬氨聚物阻垢分散剂进行复配,获得一种以PASP为
酸,利用Ca2、HCO,“质量浓度分别为300mg/L主体的环保型聚天冬氨酸复配物
的水样,阻垢率可以达到90%以上,而且有很好2.2聚环氧琥珀酸
的溶限效应。金贞花等?采用静态和动态两种
聚环氧琥珀酸(PESA)是和PASP齐名的新
实验方法对聚天冬氨酸的阻垢性能迸行了研究,型的绿色阻垢剂,它的分子不含磷、氮,具有很好
静态实验结果表明,在水温低于60℃时,温度的的生物降解性,是很棒的环境友好型阻垢剂,由于
变化对阻垢剂的作用影响不大,PASP具有良好的PESA对钙、镁、铁等离子的螯合力强,所以适用
阻CaCO、垢性能,阻垢剂的浓度仅为3mg/L时,于高固、高碱水系,可应用于冷却水处理、锅炉水
阻垢率即可达到90%以上。当溶液中Ca2“浓度处理、海水淡化、污水处理及膜分离等1。同时
较高时,仍然可以通过提高阻垢剂的浓度来达到PSA的活性很高,用量极少时就可达到很好的
较好的阻垢效果。劲态实验结果表明,成垢溶液阻垢效果。
中添加聚天冬氨酸可以大大地减少换热面的结垢
20世纪90年代美国Betz?实验室首先开发
量,使得污垢热阻显著降低,阻垢的效果非常好。出了PESA。此后日本及其他国家也相绊开始研
聚天冬氨酸的分子结构中具有酰胺键和羧究PESA及其衍生物。北京化工大学的熊蓉春
基,具有中性型和阴离子型阻垢剂的特性。PA