表面活性剂对HPMA和ATMP缓蚀阻垢性能的影响

HPMA( 水解聚马来酸酐 ) 是低分子量聚电解质 , 有较高的化学稳定性和热稳定性 , 分解温度在 330 ℃以上 , 在较高温度下仍能保持很好的阻垢和分散效果 。ATMP( 氨基三甲叉膦酸 ) 对碳酸钙阻垢效果很好 , 且在高浓度使用时 , 有良好的缓蚀性能 。HPMA 和 ATMP 在工业水处理中应用广泛 。 表面活性剂具有很好的分散和稳定作用 , 近年来已经被引入水处理剂中 , 但表面活性剂作为添加剂在水处理当中应用研究很少 。 本文研究了在高温条件下表面活性剂的引入 , 对 HPMA 和 ATMP 缓蚀及阻垢性能的影响 ｡

1 实验方法

用 CaCl₂( 分析纯 ) ､NaHCO₃( 分析纯 ) 和去离子水配料制成不同浓度含 Ca2+和 HCO^-₃的溶液 , 用 EDTA 滴定剩余硬度法测量阻垢率 , 用静态失重法测量均匀腐蚀率 , 并计算出缓蚀率 。

将定量的 HPMA(50%),ATMP(50%), 异丙醇､聚乙二醇和吐温 -80 分别加入一定量的配制溶液中 , 搅拌均匀后置于 100 ℃恒温水浴中 8h, 用去离子水调整浓缩倍数为 1.5 倍 , 取 100ml 进行阻垢性能测量 。

缓蚀率的测量用标准 (50mm×25mm×2mn)A3 钢试片 。 试片进行打磨､抛光和脱脂处理后分别浸泡在一定量的未加药剂和加药剂的配制的溶液中 ,100 ℃下保温 24h, 浓缩倍数为 1.5 倍 , 取出样品处理 , 干燥､脱脂后进行腐蚀速度率测量 。

2 结果与讨论

　　图 1(a)(b) 为 Ca²⁺和 HCO^-₃浓度均为 250mg/L, 浓缩倍数为 1.5 倍 ,HPMA 和 ATMP 浓度分别为 10mg/L 和 7.5mg/L 时 , 表面活性剂异丙醇 , 聚乙二醇 , 吐温 -80 的浓度与阻垢率的关系 , 从图 1(a) 和 (b) 中可以看出 , 最初阶段随表面活性剂浓度的增加 ,HPMA 和 ATMP 的阻垢率均有不同程度的提高 , 达到一定值后 , 趋于稳定 。但表面活性剂用量过大则阻垢率明显下降 。HPMA 和 ATMP 对表面活性剂的用量有一个最佳值 , 对于 HPMA 异丙醇 , 聚

　　Fig .1 The relatin between scale prohibiting rate and (a)(b) concentration of surface active agent,(c)HPMA,(d) ATMPL

Fig.2 The relatin between prohibitiong rate and (a) (b) concentration of CC Ca ²⁺ (c)(d)pH

乙二醇和吐温 80 的用量分别为 1.0mg/L,1.2mg/L 和 1.0mg/L。 对于 ATMP 异丙醇 , 聚乙二醇和吐温 -80 的用量分别为 1.2mg/L,1.2mg/L 和 1.0mg/L, 三种表面活性剂比较吐温 -80 对 HPMA 和 ATMP 阻垢效果较为明显 , 这可能是由于表面活性剂类型不同 , 在最初形成的污垢微粒团的吸附 , 分散所起的作用也不同 。 图 1(c)(d) 为 Ca²⁺ 和HCO^-₃ 浓度均为 250mg/L, 浓缩倍数为 15 倍 , 表面活性剂异丙醇､聚乙二醇和吐温 -80 的浓度分别为 1.0mg/L,1.2mg/L,1.0mg/L 时 ,HPMA 和 ATMP 的浓度与阻垢率的关系 。 随着 HPMA 和 ATMP 浓度的增加 , 阻垢率也随之增加 , 达到一定值后 , 阻垢率有所下降 , 其最佳用量 , 对 3 种表面活性剂 HPMA 为 7mg/L,ATMP5mg/L, 这与不引入表面活性时的用量减少了近 2.0%, 且阻垢性能约提高 5%。

图 2(a)(b)HCO^-₃浓度为 250mg/L, 浓缩倍数为 1.5 倍 , 表面活性剂异丙醇､聚乙二醇和吐温 -80 的浓度分别为1.0mg/L,1.2mg/L,1.0mg/L,HP MA 和 ATMP 的浓度分别 7mg/L 和 5mg/L,Ca²⁺浓度与 HPMA 和 ATMP 阻垢率关系 。 从图 2(a) 和 (b) 中可以看出 ,HPMA 和 ATMP 的阻垢率随 Ca ²⁺ 浓度的增加而提高 , 且与不引入表面活性剂时提高近 5% 左右 。 考虑到实际应用的情况 , 我们仅做到 Ca2+浓度为 250mg/L。

图2(c)(d) 为 Ca²⁺和HCO^-₃ 浓度为 250mg/L, 浓缩倍数为 1.5 倍 , 异丙醇 , 聚乙二醇和吐温 -80 的浓度分别为 1.0mg/L,1.2mg/L,1.0mg/L,HP MA 和 ATMP 的浓度分别为 7。0mg/L,5.0mg/L,pH 值与 HPMA 和 ATMP 阻垢率的关系 。在 pH 为 6~9 范围内 ,HPMA 和 ATMP 的阻垢率比较稳定 。

图 3(a)(b) 是 Ca²⁺ 和 HCO^-₃ 浓度均为 250mg/L,pH 值为 7, 异丙醇､吐温 -80 分均为 1.0mg/L 时 ,HPMA 和 ATMP 的浓度与缓蚀率的关系 。 由图 3(a)(b) 可见 , 随 HPMA 和 ATMP 浓度的增加 , 缓蚀率比较明显的增加 , 但增大到最大值 (HAMP 为 5.0mg/L,ATMP 为 5.0mg/L) 后 , 随 HPMA 和 ATMP 浓度的增加 , 缓蚀率下降 , 但与不加表面活性剂时缓蚀率提高 5% 左右。

Fig.3Relationbetweeninhibitionrateandconcentrationof(a)HP MA(b)ATMP
(a)CCa ²⁺ =250mg/L,HCO ^- ₃ =250mg/L,HPMA=7.0mg/L,IPPA=1.0mg/L,Tween80=1.0mg/LpH=7
(b)CCa ²⁺ =250mg/L,HCO ^- ₃ =250mg/L,ATMP=5.0mg/L,IPPA=1.0mg/L,Tween80=1. 0mg/LpH=7

3 结论

表面活性剂能够比较明显地改善 HPMA 和 ATMP 的缓蚀及阻垢性能 , 并能降低 HPMA 和 ATMP 的用量 。