2018年第9期 广 东 化 工 www.gdchem.corn I 61 第45卷总第371期 阻垢剂研究及应用进展 (中 丫 汕兰州I化I:研I宄【fJ心,f1汕 匕污染物控制与处理国家一li-/), ̄ 吱验耷环境能化【f1心, 王语林,李常青,谷丽芬,韦清华,张鹏 嘲兰州730060) [摘要】介绍阻垢剂的研究及应用历史与现状.并对磷酸类阻垢剂、聚羧酸类阻垢剂、磺酸类阻垢剂以及环境友好型绿色阻垢荆等四类常用 阻垢剂 。‘一讨论,最后对阻垢剂豹研究及应用前景给予展望。 [关键词]阻垢剂:研究;应用:历史:现状:进展 [中图分类号】TQ885 【文献标识码]A 【文章编号】l0O7.1865(2018)09.0161.02 Progress in Research and Application of the Scale Inhibitor Wang Yulin,Li Changqing,Gu Liifm Wei Qinghua,Zhang Peng (Environmental Catalysis Research Center.State Key Laboratory ofPetroleum Pollution Control,Lanzhou Pen’ochemical Research('enterPetm ,China,Lanzhou 730060,China) Abst ̄’act:]11 this paper,the history and curl。ent situation ol’the scale inhibitor in resealch and application"Wel’e inti‘oduced briefly and fimr kind ol’conlnlon scale inhibitors including phosphoric acid poly carboxylic acid,sulfonic acid and the environmentally friendly scale inhibitors wel e discussed respectively l'he prospect ol’scale inhibitor in investigation and application was forecasted at the last section Keywords:scale inhibitor:investigation:application:histo ̄’Y:current situation:process 冶金、化工、电力、石油和轮Ii等 、 f 冷击¨水循环使用, 1:仅叮以¨约人量刚水,降低工、ll,成_小,也町以仃效减少冷却水 的排污量,减少埘 境的污染 实际II,ID%卸过 中,循环冷 上¨水系统常常结垢较为严重,不仪降低冷却系统的效率,且产生 的垢下腐蚀易导致安全事战l11。 外,现阶段我国大部分油田采 『f川!水 方式,爻际工业应用 ,随苷衔环倍数的增加的,j: 岂系统也容踢结垢,使得油田回 f、 川剑严重制约 1。结垢, 作为工业fJIj环冷上¨水和油田回注水处理领域fI"J棘手问题,一直受 到仃、I 的厂 泛_天注。 m垢刺足 类能阻 结垢的化 约制,州比其它阻垢方法, Ij】}l±少H阻 效果 ,还具有一定缓蚀f1:川,、 个彩世纪以来一 直受剑人 的青眯i 。本文简述J 垢制的研究及应用的历史与 现状.井埘磷酸类 垢刺、聚羧酸炎 坼制、磺酸类阻垢剂以及 环境友好型阻垢剂等 类常用阻 剂‘‘评述,最 并对 垢剂 的未米心 及研发给予展望。 的环境皮灯, 绿色 制成 水处 剂领域研宄的热 L『I 2常见四类阻垢剂 刺按照小 的分类方法,可以分为 川的种楚。本史将 常用『;=}=i垢剂分为磷酸炎阻垢制、聚段酸类阻垢利、 腋 刺 与绿色 垢制川类,并…一沦述。 2.1磷酸炎 垢弃lj 2.1.1、i Itl 磷酸 化合物 № 业【}1坫磷酸 化合物对碳酸钙垢具有较好I;l1.- ̄hj效 , 埘碳 ∽ 钢有缓蚀 川,足水处理齐{J中应用较早的磷酸类m 约制, } 】以氦 甲基磷酸(ATMP)、乙■胺四亚甲基嶙腋(EDTMP)、 乙烯 《f 、 甲基磷酸(DETPMP) 己二胺 、I t1{t 磷酸 (HDTMP)b ̄Z川较彩,结}f=}武如冈l昕示 j。 一 ~ 一 ㈨ ll 1阻垢剂的研究历史 阻垢剂J十{丁防【 结垢,可以追洲剑 …:纪。 上个1}l=纪 川 年代,人ffJ发现往单宁、木质采、纤维采、淀粉等天然高分 r化 物仔在的条什下,管道结 r 所减少[Sl。随后,人ffj便开 始将灭然舟分f化合物用于水处 领域以阻1}:错壁结垢。天然商 分1i化合物阻垢性能 稳定,容易带入其他杂j贞,Ⅱ投加 人, 远远满足下丁行业需求。目前,单‘的人然岛分r聚合物作为阻 垢剂已很少他川,但对于天然商分r化介物的改性仍然足一个研 究热点。研究发现,经天然高分1-聚 物改 合成的木质素磺酸 钠,I 含何磺酸琏闭,阻垢效率叫^ 引 小埙表I 。后来,以_二 聚磷酸钠和六偏磷酸钠为代表的聚倘峻盐ljfl垢制做报道,并逐步 盼代火然商分r化合物用于水处 领域。聚磷酸盐的磷酸基,有 较好的m垢缓蚀效果,但由于其水稳 芹,儿住ca 、Mg!’存在 的条件卜易生成磷酸盐沉淀,J J J’泛 k 用13-4,71 60年代,聚丙烯酸(PAA)、聚}f_】 I上j烯酸(PMAA)、聚马来酸 (PMA J等均聚物聚羧酸盐纷纷进入水处 剂m场,冷却水处理技 术取得了突破忡进展【 。随后,以2一膦酸 J‘烷一1,2,4三羧酸 【PBTCA)为代表的新 阻垢剂及复合叭 ,J’案被报道[9-101。尽管 PBTCA 其它磷酸类 垢剂一样,会刈环境造成不良影响,但其 仃 碳原 _直接l中H迄的磷酸基刚.化学稳定性好,mJ后性能佳. 70年代荭打破广泛应用于循环水冷上¨系统。进入80年代,高 分散效果的聚羧酸类阻垢剂继续受划天 . 内外学者致力十将 磺峨琏等『5f_【垢性能优越的官能团引入剑埭段睃盐l{l,以进一步提 ft m垢卉l'的综合性能…1。90年代,彩氰琏杉醚艇亚甲基膦酸 (PAPEMP)问世,作为一种新型lj且垢分敞制, 其对Ca! 的容忍度 较高,做广泛用于高硬度、高碱度水I}】【”1。进入21世纪,随着工 业的迅速发展,环境污染问题日益凸 , 磷 垢齐IJ的应用受到 定的 制,以聚天冬氨酸(PASP) 聚环瓴琥ffl峻(PESP)为代表 ) 一 ㈣ POiOH }, ̄ “ / ̄I H O)2 OP{HO )2OP  ̄。。. 阿。7 \lHobOP —— \/ <二: № ∞ 图1 ATMP(a)、EDTMP(b)、DETPMP(c)与HDTMP(d)结构 式 Fig.1 Structural tbrmulas ofATMP(a).EDTM P(h),DETPM P(c1 and HDTMP fd) 2 1.2川碳:磷峻型化 物 川碳 嶙睃型化合物抗氧化性好,不仪对碳 fil;JJtIf】 较 叭 垢效果.对水合氧化铁、6诉酸钙等垢体也有较好jql¥- ̄J效 l 7 _】.以 羟基乙义 磷 ̄(HEDP) 1,卜EDPA 用较多, 』℃f』【J 2所 ,J 。 P。(。H) \,、/oH H/(HO)20P H/ \ 3C 、(HO)2OP (a) Fig H3c—c,\、 (b) (HO)20P 图2 HEDP(a)与l,1-EDPA(b)结构式 Structural tbrmt,las of HEDP(a)and 1,I—EDPA(b) 2.1l3磷 段酸类化合物 内外水处 公司发现,埘 高硬水、高温水、 诫一 水硬 浓盐水介埙, 般的l5H垢剂效率都有所降低,很难满 71:艺婴求, 于是开发… 磷 羧酸l类缓蚀阻垢刺,其中最 代农 tq-ft0产 VI是 叫 稿IIjjt】1 2()l 8-03—27 [ 龠项I t】 ri 4(i]th天然气股份有限公t 人科技 项(2()l6E.12)资助 『f1:行∞介] r语林(1990一),男,th,t,I陇l 人,颁t:fit ̄宄 ,主‘受研究方向为水污染抒 J及人 Lj·j染控制 广162 东化工 2018年第9期 第45卷总第371期 www.gdchem.com 2一磷酸基丁烷一1.2,4一三羧酸(PBTCA),结构式如图3所示。PBTCA 分子中有三个羧基和一 个磷酰基,对金属离子具有较强螫合能力, 实验表明:PBTCA耐酸、耐碱、且抗氧化能力强,在pH>14时 仍不发生水解,热稳定性好,在高硬、高碱、高温情况下阻垢性 能优于HEDP与ATMP,是优良的阻垢缓蚀剂 】。 COOH 图3 PBTCA结构式 Fig.3 Structural formula ofPBTCA 2.4.2聚环氧琥珀酸(PESA) PESA具有螫合多价金属阳离子的性能,也是一种有效的螯 合剂。研究表明:PESA阻垢性能优异,并同时具有较好缓蚀作 用,可解决高碱、高固水质的阻垢问题,可用作锅炉水处理、冷 却水处理、海水淡化、膜分离领域的阻垢剂、分散剂、缓蚀剂【16-17]。 PESA对水中Ca 、Mg2十、Fe3 等主要成垢金属离子有很强络合能 力,能有效地防止这些离子与成垢阴离子结合生成水垢;对沉积 物有很好的抑制和消除作用,能有效地破坏沉积物的晶格顺序使 其疏松,进而被稳定地分散在水中[16-17】。 在环境问题日趋严峻的形势下,环境友好绿色聚合物的开发 研究己成为国内外的研究热点。PASP和PESA结构不含氮、磷元 素,可生物降解性好,不会引起水体的富营养化,满足低磷甚至 无磷排放的环保新要求,是目前国际公认的绿色阻垢剂。 2.2.聚羧酸类阻垢剂 2-2.1均聚物类阻垢剂 均聚物阻垢剂应用较多的主要有PAA、PMAA与PMA。PAA 分了链带有亲水性羧钠基,具有很好的水溶性,对碳酸钙垢具有 良好的阻垢性能【 。研究表明,当分了量为3000~5000时,PAA 能与水中Ca2 、Mg 螫合生成水溶性络合物。PMAA阻垢机理与 PAA基本相似,但因其结构中存在甲基,耐温性优于PAA。PMA 由于结构中羧基数目较聚丙烯酸类阻垢剂多,具有良好的热稳定 性和阻垢性能,被广泛应用于海水淡化的闪蒸装置和低压锅炉 19,Ill。 3结语 磷酸类阻垢剂是工业界普遍公认的高效阻垢刺,其用于循环 水中阻垢己有半个多世纪的历程,一直受到人们的青睐。但是进 入新世纪,随着绿色化学问世,绿色理念深入人心,磷酸类阻垢 剂使用后对环境造成的许多问题一步步为国家和行业界所关注。 磷酸类阻垢剂排入水体后,会引起周围水域富营养化.促进菌藻 滋长形成“赤潮”,破坏水系统中生物链平衡,这使得人类不得不 将阻垢剂的研究转向其它类阻垢功能基团上面。从短期来看,迫 于工业应用的需要,各类含磷阻垢剂及其复配与共聚的研究仍将 不断深入。但从长远来看,磷系水处理剂的应用必将受到限市lJ, 未来的阻垢剂将向着绿色环保方向发展,加强无磷或少磷的高效 阻垢剂的开发,特别是开发能在苛刻条件下仍能发挥效能的环境 友好型阻垢剂,无疑将会成为未来阻垢剂领域研究的焦点。 H●C七 一 ●CO~ 2.2.2共聚物类阻垢剂 共聚物阻垢剂主要包括以马来酸酐、丙烯酸为主体的二元、 三元或多元共聚物。因其阻垢效果好、耐温且价格价廉而备受工 业界关注,共聚物类阻垢剂的开发和应用是对无机垢控制的重大 突破,使冷却水化学处理技术向前迈了一大步。朱洲等[ ]以马来 酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯为原料,以过硫酸铵为引发剂,在最 佳反应条件制备了马来酸酐一丙烯酸一丙烯酸甲酯三元共聚物阻 垢剂。研究表明:三元共聚物对钙垢阻垢作用微弱,但对硫酸钡 垢具有很好的阻垢效果。当投加量为6O mg/L时,对标准浓度为 370 megL硫酸钡,阻垢率可达97.23%。 23磺酸类阻垢剂 磺酸类聚合物阻垢剂是一类由磺酸单体聚合而成的阻垢剂, 包括二元、三元等多个种类,常用的磺酸单体主要有2.羟基.3.烯 丙氧基磺酸、苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸钠和2一丙烯酰胺.2.甲基丙 磺酸,以2一丙烯酰胺一2一甲基丙磺酸应用最多[11mi】。 2.4绿色阻垢剂 绿色阻垢剂,又称环境友好阻垢剂,是随着绿色化学的兴起 而开发出的一类新型阻垢剂,是一类具有良好阻垢效果又对环境 污染较小的水溶性高分了聚合物,目前国内外研究开发的此类阻 垢剂已投入应用的主要有PASP与PESP(结构式如图4)t 】。研究 发现,PASP和PESP易被微生物及真菌降解为对环境无害的终产 物。相比其它传统阻垢剂,绿色阻垢剂对水环境污染较小,且自 身性质稳定,阻垢效率较高,具有良好的研发及应用前景【13- 171。 参考文献 【1]贾丰春,李自托,董泉玉.工业循环冷却水阻垢剂研究现状与发展Ⅲ.工 业水处理,2006。26(41:12.14. 【2]沈哲,黄志宇,李俊,等.油田水处理药剖配伍性研究[J].油田化学, 2017,34(4):688—693. 【3】张娜,曹磊,耿存珍.循环水用阻垢剂的研究进展….现代化工.20I5. 35(10):54—57+59. 【4】李颖琴,李景宁,黄南哲.阻垢剂阻垢性能比较『J].广东化I:.2014. 4l(6):63—64. 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