电厂循环水绿色水处理剂缓蚀阻垢性能的研究

摘要

电厂循环冷却水处理的好坏，对电厂的安全经济运行有重要影响，直接关系到电厂的节能、降耗。循环水利用率不高、腐蚀和结垢是循环冷却水系统中存在的主要问题。循环水系统的主要金属材料为碳钢(以A20为代表)和铜(以HSn701为代表)。为解决以上问题，首先用静态挂片法、静态阻垢法、正交法结合极限碳酸盐法、塔菲尔极化曲线法研究了PASP和钨酸钠在高浓缩倍率循环水条件下对HSn701的缓蚀阻垢性能；接着，用用静态挂片法、静态阻垢法结合塔菲尔极化曲线法研究了HEDP等绿色水处理剂在[Ca2+]=[HCO3]=250 mg/L的模拟循环水中对A20的缓蚀阻垢性能；最后对PASP和PESA进行了量子化学研究。
　　 研究结果表明，在高浓缩倍率循环水条件下，用锌盐做添加剂(2mg/L)，当缓蚀剂总浓度为80mg/L时，PASP和Na2WO4复配对HSn701具有良好的缓蚀阻垢效果，其最佳复合配方是：40mg/L PASP+40mg/L Na2WO4。两者复配对HSn701的缓蚀具有明显的协同效应。复配方属于抑制阴极为主的混合型缓蚀阻垢剂。
　　 在[Ca2+]=[HCO3]=250 mg/L的模拟循环水中，PESA、HEDP、AA/AMPS三种药剂对A20钢的阻垢性能顺序是：PESA＞HEDP＞AA/AMPS；最佳复配方是HEDP2.5mg/L、PESA1.5 mg/L、咪唑啉1.5 mg/L，最佳pH值范围在8.0-8.5。复配药剂属于抑制阳极为主的混合型缓蚀剂，通过配合作用和晶格畸变二者的协同作用实现阻垢作用。此配方对A20钢具有良好的缓蚀阻垢效果，可有效防止碳酸钙沉积，而且绿色环保、经济高效，能够安全用于循环冷却水系统。
　　 量子化学计算表明，PASP和PESA都是柔性分子，不仅对碳酸钙垢有很好的抑制作用，对硫酸盐水垢也起到很好的抑制作用，属于广谱性阻垢剂。亚胺基基团和羧基基团是阻垢基团，其在静电作用下吸附在碳酸钙晶面，通过诱导晶格畸变而阻垢，在有机分子中引入亚胺基和羧基，可以提高分子的阻垢性能。PESA和PASP的EHOMO数值较大，易参与亲核反应，与金属表面的空d轨道形成配位键，增强其缓蚀性能，属于供电子型阴极缓蚀剂。在缓蚀阻垢剂分子设计时，如果能引入亚胺基或者羧基的同时，使其亲核反应能力增强，则能显著提高分子的缓蚀阻垢性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究目的和意义

1.2冷却水系统的概况

1.2.1冷却水系统的分类

1.2.2电厂循环冷却水处理的重要性

1.2.3电厂循环冷却水运行现状及存在问题

1.3缓蚀阻垢剂的发展历程

1.4缓蚀阻垢剂的分类

1.4.1有机膦酸盐类

1.4.2聚合物类

1.4.3天然高分子类

1.4.4绿色环保类

1.5缓蚀阻垢剂的作用机理

1.5.1缓蚀阻垢剂的阻垢机理

1.5.2缓蚀阻垢剂的缓蚀机理

1.6国内外研究概况

1.6.1国外缓蚀阻垢剂的发展状况

1.6.2国内缓蚀阻垢剂的发展状况

1.7主要研究内容

第二章 绿色水处理剂对HSn701的缓蚀阻垢性能研究

2.1实验材料

2.1.1高浓缩模拟循环水

3.1.2 HSn701加砷锡黄铜

3.1.3实验仪器及药品

2.2实验方法

2.2.1实验原理

2.2.1实验方案

2.1.3实验步骤

2.3实验结果分析与讨论

2.3.1静态阻垢法实验

2.3.2用静态挂片实验研究铜缓蚀剂复配时的缓蚀性能

2.3.3塔菲尔极化曲线分析复配药剂的缓蚀机理

2.4小结

第三章 绿色水处理剂对A20钢的缓蚀阻垢性能的研究

3.1实验材料

3.1.1模拟循环水

3.1.2 A20钢

3.1.3实验仪器及药品

3.2实验方法

3.2.1实验原理

3.2.2实验方案

3.2.3实验步骤

3.3实验结果分析与讨论

3.3.1静态阻垢实验和极限碳酸盐实验的分析

3.3.2正交实验分析

3.3.3塔菲尔极化曲线法对药剂性能评价

3.3.4最佳配方最佳pH值确定实验

3.4缓蚀阻垢机理的初步探讨

3.4.1塔菲尔极化曲线法探讨咪唑啉类复配方的作用机理

3.4.2极限碳酸盐法探讨阻垢剂的作用机理

3.5小结

第四章 绿色水处理剂的量子化学研究

4.1量子化学计算方法简介

4.1.1从头算方法

4.1.2密度泛函理论方法

4.1.3半经验计算方法

4.2计算方法的选用

4.3两种缓蚀阻垢剂分子的3D结构图

4.4原子上的净电荷与阻垢性能分析

4.5两种分子上的空间尺度、能量与二面角的关系

4.6两种药剂分子的前线轨道能量和缓蚀阻垢性能的关系

4.7小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录(作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文)