聚氧丙烯二胺四甲叉膦酸（PDTMP）的合成与性能研究

摘要

本文对有机膦酸盐和水溶性聚合物类水处理药剂的发展进行了综述，采用端氨基聚醚、三氯化磷、甲醛等原料，通过曼尼希反应，合成了一种新型的阻垢缓蚀剂聚氧丙烯二胺四甲叉膦酸（polyoxypropylene diamino tetramethylene phosphonate，简称PDTMP），并用傅立叶变换红外光谱（FTIR）和31P-核磁共振谱（31P-NMR）确定了合成产物的结构。通过鼓泡法和静态阻垢法研究了PDTMP的阻碳酸钙和阻硫酸钙性能，并与DTPMP、ATMP、PAA进行了对比。采用扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射仪（XRD）对几种药剂的阻垢机理进行了探讨；同时，运用极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）等方法研究了PDTMP于1mol·L-1盐酸溶液中对碳钢的缓蚀作用，并用SEM观察了添加PDTMP前后碳钢表面的腐蚀形貌。结果表明： （1）FTIR和31P-NMR表明合成产物具有PDTMP的结构； （2）PDTMP是一种几何覆盖型兼混合型缓蚀剂，其缓蚀作用随浓度的增加而增强。阳极极化时，PDTMP在碳钢表面的吸附膜被破坏，发生脱附，其完全脱附的电位在+0.14V左右； （3）PDTMP在碳钢表面的吸附是自发进行的，符合Langmuir等温吸附模型，其吸附自由能△Gads＝－36.21 kJ·mol－1； （4）在自腐蚀电位下，阻抗谱上均只出现一个容抗弧，即只有一个时间常数。当极化电位达－0.14 V时，出现两个时间常数，在高频区，谱图表现为一段容抗弧，而在低频区出现了一段感抗弧。极化电位至0V时，阻抗谱上出现三个时间常数，对应两个容抗弧和一个感抗弧。极化电位增加至＋0.14V时，阻抗谱出现了三个时间常数，阻抗谱中感抗成分消失，低频区出现一段与电极的扩散阻抗相对应的直线； （5）鼓泡实验表明，PDTMP有良好的延迟析晶作用；在低浓度时，几种药剂的阻CaCO3垢能力依次为： ATMP>DTPMP>PAA>PDTMP； 在较高浓度时则为： PDTMP > PAA > DTPMP > ATMP； （6）PDTMP作为一种具有聚合物结构的有机膦酸，其阻CaCO3垢行为与单分子有机膦酸相差很大，而与聚合物PAA的阻垢行为相似，不存在临界值效应，这与ATMP和DTPMP两种有机膦酸不同； （7）PDTMP对硫酸钙的抑制作用在低浓度时明显优于ATMP和PAA，而在高浓度时（大于5mg·L－1），三者的作用效果都很好； （8）PDTMP对CaSO4·0.5H2O析出的抑制作用较PAA和ATMP差；但PDTMP抑制γ- CaSO4析出的能力比PAA和ATMP强。