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第41卷第11期
化T技术与开发
Vol41 No11
2012年11月
Technology Development of Chemical Industry
Nov.2012
环境友好型水处理剂研究进展
李鹏飞,夏志·3,杨修艳,贺茂オ,曹晗
(1.山东省泰和水处理有限公司,山东枣庄277100;2.江苏金桥盐化集团有限责任公司,江苏连云港2200
3.南京大学连云港高新技术研究院,江苏连云港222006)
摘要:环境友好型水处理剂包括天然高分子水处理剂和合成高分子水处理剂,文章介绍了数种目前较为常用的
绿色水处理剤,并分析了国内外在这方面的研究和应用中所存在的主要问题,提出了今后水处理剂的研究重点和发
展方向。
关键词:水处理剂;环境友好;聚合物;阻垢;缓蚀
中图分类号:TQ085.412
文献标识码:A
文章编号:16719902012)1100-04
环境友好化学也被称为绿色化学,就是利用化又是控制铁垢和悬浮物的良好分散剂,但是其组成
学的技术和方法,从根本上减少那些对人类健康以往往不固定,性能有差异;又如经烷基化改性后的木
及环境有害的原料、溶剂、试剂、产物和副产物等的质素磺酸盐对Ca2'的螯合能力从40mg·g'增加到
产生以及应用。随后人们在环境友好化学的概念146mg·g'。楼宏铭等人研究了改性木质素磺酸
的基础之上提出了“环境友好水处理剂”的概念,所盐缓蚀阻垢剂CCL2的阻垢性能及作用机理。通过
谓环境友好水处理剂是指其制造过程是凊洁的,在循环冷却水动态模拟实验发现,25mg·L的CCL2
使用过程中对人体健康和环境没有毒性,并可以生阻垢率为61.6%,与常用有机膦缓蚀阻垢剂1-羟基
物降解,对环境无害的水处理剂。新型环境友好亚乙基-1,1-二酸(简称HEDP)接近。静态阻垢
水处理剂是21世纪水处理剂的发展方向,是具有高实验表明,CCL2能够通过与钙离子生成溶于水的
阻垢性能、良好生物降解性、无毒性、非磷无氮的水络合物,増大其溶解度。研究还发现,CCL2对碳酸
处理剂。
钙颗粒具有很好的分散作用,能使形成的碳酸钙晶
天然高分子水处理剂
核高度分散,减少相互碰撞形成晶体的机会。
淀粉和纤维素
20世纪中期,人们曾用木质素、单宁、腐植酸
淀粉和纤维素都属于碳水化合物中的多聚糖
钠壳聚糖、淀粉和纤维素等天然高分子聚合物作为
类,由于分子中含有大量的羟基,经羧甲基化后,其
水处理剂,天然高分子聚合物具有来源广泛、无毒、
易降解、易回收等诸多特点。这类聚合物通常含有
对Ca2、Mg'等盐垢晶体的生长具有一定的抑制作
用,同时也可用作阻垢分散剂使用的。淀粉的资源
很多羟基、羧基等官能团,因而对钙、镁等盐垢晶体
十分丰富,淀粉中羟基发生酯化、醚化、氧化、交联等
生长起着一定的抑制作用。
反应,能够使淀粉的性能发生改变,工业上往往利用
1.1木质素
这些化学反应生产改性淀粉。改性淀粉絮凝剂具有
在植物纤维中有一种芳香型化合物一一木质类似手天然改性有机高分子絮凝剂的特点,可以完
素,其分子中含有醚键碳碳双键、苯甲醇羟基、酚羟全被生物分解,无毒性,在自然界形成良性循环等优
基、羰基和苯环等官能团,之所以能够抑制结垢是因点。青岛大学的巫拱生教授等对淀粉改性进行了系
为它能与金属离子形成木质素的螯合物。化学改性统与深人的研究6?。降林华等以硝酸铈铵为引
的木质素具有更高的阻垢性能,例如,造纸工业的副发剂,通过接枝共聚反应,在淀粉(Sach)骨架上引
产品一木质素磺酸钠,它既是一种常用的阻垢剂,
作者简介:李鹏飞,男,河南省商丘市人,硕士,工程师,主要从事水处理药剂、高分子材料方面的研究工作,电话:18266260707,E-mail
收稿、 perefylee63om,通讯地址:山东省枣庄市市中区西王庄乡泰和水处理有限公司研发部,邮编:27100
期:2012-08-24
化工技术与开发
第41卷
入丙烯酰胺(简称AM),制得St-AM接枝物,制成絮剂,如壳聚糖与丙烯酸的共聚物,其阻垢性能优于壳
凝剂来进行水处理试验,与聚丙烯酰胺(简称PAM)聚糖;对木质素、单宁改性可得到具有阻垢缓蚀、絮
对煤泥水和高岭土悬浮体絮凝作用相比,该接枝共凝、杀菌作用的多功能水处理剂"0。
聚物具有价廉、无毒、絮凝效果好等特点。国外水处
理剂公司都把改性淀粉开发为絮凝剂。淀粉衍生物2合成高分子水处理剂
作为工业絮凝剂的研究始于20世纪60年代,叔胺2.1丙烯酸类共聚物
型阳离子淀粉、交联阳离子淀粉、季胺型阳离子淀粉
聚丙烯酸型(简称PAA)水处理剂具有生产成
等阳离子淀粉是其中一类非常重要的水处理剂,其本低,用量少,对碳酸钙的阻垢效果好,对环境无污
中季胺型阳离子淀粉不仅有优异的絮凝效果,还有染,不滋养菌藻等诸多优点,是开发得较早的一类聚
一定的杀菌和缓蚀能力,是一类多效的水处理剂。合物阻垢分散剂。我国丙烯酸/丙烯酸甲酯共聚物
1.3甲壳素和壳聚糖
在20世纪80年代中期开发成功,奠定了我国水溶
甲壳素是天然聚合物,相对分子质量在100万性聚合物水处理剂的基础。聚丙烯酰胺是一类较
以上,大量存在于虾、蟹、贝类和昆虫的甲壳当中。早用于循环冷却水领域的阻垢剂,人们将丙烯酸与
结构上它是由N-乙酰D氨基葡萄糖以14街式长丙烯酰賅单体共聚合成丙烯酸/丙烯酰胺共聚物,
链结合而成,具有无味、无毒性、可生物降解等诸多其对CaCO0垢、CaPO边垢有良好的阻垢效果。赵
优点,因此其被广泛应用于食品工业水处理上四。瑞英等人以水为溶剂,采用可逆加成断裂自由
壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基的产物,由于壳聚糖分基聚合(RFT)方法,合成了不同相对分子质量的
子中有很多游离的氨基,可以用来净化饮用水中的丙烯酸与2-丙烯酰胺2-甲基丙磺酸的共聚物(PAA
卤代物,脱色染料废水,络合污水中的重金属。壳聚 PAMIPS,发现PA- PAMPS对碳酸钙垢和磷酸钙圻
糖对碳酸钙晶核和晶体的活性点具有特殊的吸附能有良好的阻垢性能。杨莹琴等人研究了磺化苯
力,会引起晶体変形从而使之无法正常生长,可以应乙烯/丙烯酸(SS/A)共聚合成的条件。最佳合成
用于除去污水中的Mg、Cu2、Cd2:、Pb2:、Co2等离条件为聚合温度80℃,引发剂的用量1.5%,反应时
子,以及从放射性废水中捕获Co60、P和等放射性元间4h阻垢实验结果表明,pH=l0左右,Ca“的质
素。甲壳素与壳聚糖的研究应用早在很多年前已实量浓度为300mgL,阻垢剂投加量6mg?L'时,
现商品化,日本每年用于水处理的甲壳素约500,美对CaCO的阻垢率达931%。美国纳尔科化学公司
国环保局也已批准将壳聚糖用于饮用水的净化。
山东省泰和水处理有限公司、江海环保股份有限公
1.4其他天然高分子
司等开发生产的丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物,用于油
树胶是亲水的胶体物质(亲脂的胶体物质通常田注水、工业冷却水、锅炉用水等系统中作为阻垢剂
称为树脂)来自于树皮受到创伤时自动分泌出的胶
和分散剂使用,它的阻垢和分散性能与其分子质量
体液,或它们的籽实、茎叶或根块中含有的能形成胶分子质量分布有关。
体的物质。大多数树胶都是由不同单糖相连所构成2.2马来酸类共聚物
的多糖(也称聚糖)高分子物质,少数是蛋白胶(如
马来酸类共聚物是20世纪70年代首次由
明