耐高硬度、高碱度及高pH值阻垢分散剂制备及其性能测试研究

摘要

随着工业生产的迅速发展，工业用水量日益增加，其中冷却水又占工业用水的80％以上，而工业循环冷却水中结垢堵塞及腐蚀问题，使得传热效率降低，引起金属结垢腐蚀，为了减少设备腐蚀，提高设备利用率，节约能源、水源，确保生产的正常运行，需要在循环冷却水中添加各种水质稳定剂。传统工业循环冷却水水质稳定处理方法有磷系酸性水处理技术，其中高剂量的磷排放造成环境的严重污染；另外还有有机配方处理技术，阻垢分散剂成本高，效果一般。为了处理和解决工业循环冷却水中结垢堵塞及腐蚀问题，不断探索和研究新的技术方法已成为亟待开展的研究课题。为此我们开展了本课题高硬度、高碱度及高pH值阻垢分散剂及其性能测试的研究。 本课题立足于国内外水质稳定剂的最新研究成果，改变传统的研究思路，采用聚合的工艺方法。在对阻垢分散机理进行深入分析的同时，也对实验影响因素进行了综合研究。实验中通过对单体配比、单体用量、引发剂用量以及配比、反应温度、反应时间、钙离子浓度、共聚物用量的研究，找出了阻垢效果和聚合率与各种影响因素的定性和定量关系，以及聚合的最佳实验条件。 实验结果表明：当单体AMPP用量为单体总量的6％，引发剂用量为单体总量的10％，反应温度80℃时，所制备的共聚物性能最佳，聚合率、对碳酸钙阻垢率和磷酸钙阻垢率均可达92％以上，分散氧化铁透光率也小于50％；在所考察的因素中，引发剂的选择对阻垢效果和聚合率的影响最大，选用FeSO4-H2O2引发体系可得聚合率高的产品，加入少量(NH4)2S2O8和NaH2PO2·H2O，可使阻垢效果显著提高，选择最佳引发剂配比，可获得综合性能好的产品；最佳实验条件：单体总质量15g，质量比MA：AMPS：AMPP为10：4：1，引发剂：0.8g硫酸亚铁+10ml过氧化氢+2.5g次磷酸钠，滴加1-1.5小时，恒温反应4小时，反应温度80℃；实验研制的阻垢分散剂对磷酸钙垢的抑制效果明显提高，铁离子的稳定性也有显著的改善，并具有一定的缓蚀作用；以水为溶剂，通过次磷酸钠-过氧化物氧化还原体系引发聚合MA/AMPS/AMPP三聚物是可行的，在高硬度、高碱度、高pH值工业循环冷却水中有较好的阻垢和分散氧化铁能力。 除了对产品MA/AMPS/AMPP进行实验合成研究外，论文中还对产品MA/AMPS/AMPP三聚物进行了性能测试研究，如分散氧化铁性能评定、静念阻垢性能评定、缓蚀试验评定、动态模拟试验评定、合成产物结构鉴定、共聚物聚合率的测定、共聚物阻垢分散性能的综合评价；最后提出了工业应用前景和方案。

目录

文摘

英文文摘

湖南大学学位论文原创性声明和版权使用授权书

第1章绪论

1.1工业循环冷却水水质稳定剂概述

1.1.1缓蚀剂

1.1.2阻垢剂

1.1.3阻垢缓蚀剂的选择原则

1.2工业循环冷却水水质稳定剂现状

1.2.1全球工业循环冷却水水质稳定剂的发展现状

1.2.2我国工业循环冷却水水质稳定剂的发展现状

1.3传统工业循环冷却水水质稳定处理方法

1.3.1磷系酸性水处理技术

1.3.2有机配方

1.4工业循环冷却水质稳定剂新类型和发展

1.4.1新型水处理剂—钨系水处理剂

1.4.2聚天冬氨酸

1.4.3过氧乙酸

1.4.4氨基膦酸

1.4.5烷基环氧羧酸酯

1.5本论文研究的内容、目的和意义

1.5.1实验研究背景

1.5.2实验研究主要内容和目的

1.5.3实验研究意义

1.5.4预期目标

第2章阻垢分散剂机理及其性能影响因素

2.1阻垢分散剂机理

2.1.1低剂量效应

2.1.2晶格畸变作用

2.1.3分散作用

2.2阻垢分散剂性能影响因素

2.2.1药剂浓度的影响

2.2.2浊度的影响

2.2.3铁离子的影响

2.2.4钙硬和碱度的影响

2.2.5杀菌剂的影响

第3章阻垢分散剂制备的实验研究

3.1阻垢分散剂的制备

3.1.1所用原材料

3.1.2所用试剂与配制

3.1.3仪器设备

3.1.4阻垢分散剂制备的原理、方法与流程

3.2技术指标

3.3结果与讨论

3.3.1影响因素分析

3.3.2产品性能的综合评价

第4章实验研制的阻垢分散剂性能测试研究

4.1分散氧化铁性能评定

4.2静态阻垢性能评定试验

4.2.1碳酸钙沉积法

4.2.2磷酸钙沉积法

4.2.3锌盐沉积法

4.3缓蚀试验

4.4动态模拟试验

4.5合成产物机构鉴定

4.6共聚物聚合率的测定

4.7共聚物阻垢分散性能的综合评价

4.7.1共聚物用量

4.7.2原水钙离子浓度

4.7.3温度

第5章工业应用前景、方案及效益分析

5.1工业应用前景

5.2工业应用方案

5.3经济效益分析

结论与建议

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文