HPMA( 水解聚馬來酸酐 ) 是低分子量聚電解質 , 有較高的化學穩定性和熱穩定性 , 分解溫度在 330 ℃以上 , 在較高溫度下仍能保持很好的阻垢和分散效果 。ATMP( 氨基三甲叉膦酸 ) 對碳酸鈣阻垢效果很好 , 且在高濃度使用時 , 有良好的緩蝕性能 。HPMA 和 ATMP 在工業水處理中應用廣泛 。 表面活性劑具有很好的分散和穩定作用 , 近年來已經被引入水處理劑中 , 但表面活性劑作為添加劑在水處理當中應用研究很少 。 本文研究了在高溫條件下表面活性劑的引入 , 對 HPMA 和 ATMP 緩蝕及阻垢性能的影響 ｡

1 實驗方法

用 CaCl₂( 分析純 ) ､NaHCO₃( 分析純 ) 和去離子水配料制成不同濃度含 Ca2+和 HCO^-₃的溶液 , 用 EDTA 滴定剩余硬度法測量阻垢率 , 用靜態失重法測量均勻腐蝕率 , 并計算出緩蝕率 。

將定量的 HPMA(50%),ATMP(50%), 異丙醇､聚乙二醇和吐溫 -80 分別加入一定量的配制溶液中 , 攪拌均勻后置于 100 ℃恒溫水浴中 8h, 用去離子水調整濃縮倍數為 1.5 倍 , 取 100ml 進行阻垢性能測量 。

緩蝕率的測量用標準 (50mm×25mm×2mn)A3 鋼試片 。 試片進行打磨､拋光和脫脂處理后分別浸泡在一定量的未加藥劑和加藥劑的配制的溶液中 ,100 ℃下保溫 24h, 濃縮倍數為 1.5 倍 , 取出樣品處理 , 干燥､脫脂后進行腐蝕速度率測量 。

2 結果與討論

　　圖 1(a)(b) 為 Ca²⁺和 HCO^-₃濃度均為 250mg/L, 濃縮倍數為 1.5 倍 ,HPMA 和 ATMP 濃度分別為 10mg/L 和 7.5mg/L 時 , 表面活性劑異丙醇 , 聚乙二醇 , 吐溫 -80 的濃度與阻垢率的關系 , 從圖 1(a) 和 (b) 中可以看出 , 最初階段隨表面活性劑濃度的增加 ,HPMA 和 ATMP 的阻垢率均有不同程度的提高 , 達到一定值后 , 趨于穩定 。但表面活性劑用量過大則阻垢率明顯下降 。HPMA 和 ATMP 對表面活性劑的用量有一個最佳值 , 對于 HPMA 異丙醇 , 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

乙二醇和吐溫 80 的用量分別為 1.0mg/L,1.2mg/L 和 1.0mg/L。 對于 ATMP 異丙醇 , 聚乙二醇和吐溫 -80 的用量分別為 1.2mg/L,1.2mg/L 和 1.0mg/L, 三種表面活性劑比較吐溫 -80 對 HPMA 和 ATMP 阻垢效果較為明顯 , 這可能是由于表面活性劑類型不同 , 在最初形成的污垢微粒團的吸附 , 分散所起的作用也不同 。 圖 1(c)(d) 為 Ca²⁺ 和HCO^-₃ 濃度均為 250mg/L, 濃縮倍數為 15 倍 , 表面活性劑異丙醇､聚乙二醇和吐溫 -80 的濃度分別為 1.0mg/L,1.2mg/L,1.0mg/L 時 ,HPMA 和 ATMP 的濃度與阻垢率的關系 。 隨著 HPMA 和 ATMP 濃度的增加 , 阻垢率也隨之增加 , 達到一定值后 , 阻垢率有所下降 , 其最佳用量 , 對 3 種表面活性劑 HPMA 為 7mg/L,ATMP5mg/L, 這與不引入表面活性時的用量減少了近 2.0%, 且阻垢性能約提高 5%。

圖 2(a)(b)HCO^-₃濃度為 250mg/L, 濃縮倍數為 1.5 倍 , 表面活性劑異丙醇､聚乙二醇和吐溫 -80 的濃度分別為1.0mg/L,1.2mg/L,1.0mg/L,HP MA 和 ATMP 的濃度分別 7mg/L 和 5mg/L,Ca²⁺濃度與 HPMA 和 ATMP 阻垢率關系 。 從圖 2(a) 和 (b) 中可以看出 ,HPMA 和 ATMP 的阻垢率隨 Ca ²⁺ 濃度的增加而提高 , 且與不引入表面活性劑時提高近 5% 左右 。 考慮到實際應用的情況 , 我們僅做到 Ca2+濃度為 250mg/L。

圖2(c)(d) 為 Ca²⁺和HCO^-₃ 濃度為 250mg/L, 濃縮倍數為 1.5 倍 , 異丙醇 , 聚乙二醇和吐溫 -80 的濃度分別為 1.0mg/L,1.2mg/L,1.0mg/L,HP MA 和 ATMP 的濃度分別為 7。0mg/L,5.0mg/L,pH 值與 HPMA 和 ATMP 阻垢率的關系 。在 pH 為 6~9 范圍內 ,HPMA 和 ATMP 的阻垢率比較穩定 。

圖 3(a)(b) 是 Ca²⁺ 和 HCO^-₃ 濃度均為 250mg/L,pH 值為 7, 異丙醇､吐溫 -80 分均為 1.0mg/L 時 ,HPMA 和 ATMP 的濃度與緩蝕率的關系 。 由圖 3(a)(b) 可見 , 隨 HPMA 和 ATMP 濃度的增加 , 緩蝕率比較明顯的增加 , 但增大到最大值 (HAMP 為 5.0mg/L,ATMP 為 5.0mg/L) 后 , 隨 HPMA 和 ATMP 濃度的增加 , 緩蝕率下降 , 但與不加表面活性劑時緩蝕率提高 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 結論

表面活性劑能夠比較明顯地改善 HPMA 和 ATMP 的緩蝕及阻垢性能 , 并能降低 HPMA 和 ATMP 的用量 。