低相對生子質(zhì)量HPMA在熱法海水淡化過程中的阻垢性能評價

韓旭 王曉玲  呂慶春 趙河立 申戰(zhàn)輝  李健生  王連軍

（1、國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，天津300192；2、南京理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，江蘇 南京 210094）

 摘要：以國標(biāo)法和銅管沉積法研究了合成低相對分子質(zhì)量水解聚馬來酸酐(HPMA)的阻垢性能,以凝膠滲透色譜證實了產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量為625,以掃描電鏡(SEM)和X射(XRD)技術(shù)垢樣微觀形貌和晶相組成進行了分析.實驗表明:HPMA在小劑量使用時鈣溶限效應(yīng)的同時,還能改變垢樣的性狀,使垢樣不易在熱管表面生長附著.SEM和XRD結(jié)果進一步證實了合成的HPMA能夠影響碳酸鈣的結(jié)晶過程,形成亞態(tài)的球霰石晶型,使垢樣軟化、在水中呈絮凝狀，不易在設(shè)備表面沉積粘附。

關(guān)鍵詞：水解聚馬來酸酐 阻垢劑  銅管沉積法  沉積抑制率

以多級閃蒸、低溫多效和壓汽蒸餾為主的熱法海水淡化工藝在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛，其換熱器表面成垢問題是影響海水淡化效率的關(guān)鍵因素，因而實際運行中大多采用阻垢技術(shù)來解決成垢問題。

隨著阻垢劑研究的不斷進步，曾廣泛應(yīng)用于熱法海水淡化工藝的膦系配方阻垢劑逐漸出現(xiàn)了與環(huán)境的應(yīng)用性問題，隨后出現(xiàn)了眾多性能優(yōu)異的低膦、無膦阻垢劑，如聚天氡氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸、水解聚馬來酸酐（HPMA），這些羧酸類綠色環(huán)保型阻垢劑也逐漸成為當(dāng)今研究熱點。HPMA是一種典型多元羧酸類阻垢劑，具有熱穩(wěn)定性高、無毒害作用、阻垢性能好等特點，在循環(huán)水冷卻、鍋爐和油田灌注領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 。有文獻(xiàn)報道，摩爾質(zhì)量在400~2000g/mol范圍內(nèi)低相對分子質(zhì)量HPMA能夠使垢樣軟化、阻垢性能較好，但熱法海水淡化中的應(yīng)用報道較少，對使用垢樣形貌、粒度和晶相的影響研究更是鮮見報道。

國內(nèi)評價藥劑的阻垢性能大多僅采用靜態(tài)阻垢劑，試驗條件不同，阻垢率也相差很大，針對熱法海水淡化需要設(shè)定其特定條件。為此，筆者合成了低相對分子質(zhì)量HPMA，采用銅管沉積法模擬熱海水淡化過程，結(jié)合國標(biāo)法評價了該阻垢劑的阻垢性能，采用SEM和XRD技術(shù)研究了HPMA對垢樣形貌和晶相的影響，分析了期對碳酸鈣結(jié)晶過程的影響。

1、實驗

1.1 主要試劑 

馬來酸酐、過氧化苯甲酰、鄰苯二甲酸二甲酯，分析純，成都科龍化工廠；甲苯，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；甲乙酮，分析純，南京化學(xué)試劑有限公司。

1.2合成方法
     稱取適量馬來酸酐置于多口瓶中，加入一定量甲苯升溫溶解；稱取一定量過氧化苯甲酰，用適量鄰苯二甲酸二甲酯調(diào)成糊狀后溶于甲苯，然后加入到多口燒瓶中升溫至溫度，恒溫反應(yīng)5h，得到棕褐色溫沉淀聚馬來酸酐（PMA）。反應(yīng)完成后去除上層溶劑，加入適量甲乙酮溶解，然后將溶于甲乙酮的PMA在攪拌下倒入甲苯溶解中，沉淀PMA，抽濾。真空室溫干燥得到PMA粉末，稱取一定量的PMA于燒杯 中，加入適量蒸餾水，在一定溫度下恒溫攪拌制得HPMA。

1.3分析方法
   采用凝膠滲透色譜（美國安捷侖公司AGILENT1100）分析產(chǎn)物相對分子質(zhì)量；采用掃描電子顯微鏡（日本電子株式會社公司JEOLJSM-6380LV型）對國標(biāo)法和銅管沉積法得到的垢樣進行微觀形貌觀察；采用X射錢衍射儀（德國BRUKER公司8D-ADVANCE型）對垢樣的晶相組成進行分析，Cu靶K，掃描范圍20-80.

1.4 阻垢性能評價

1.4.1 國標(biāo)法

參考GB/T 16632-2008 水處理阻垢性能的測定，采用碳酸鈣沉積法對HPMA阻垢性能進行評價。

1.4.2 銅管沉積法

   熱法海水淡化的工況條件與國標(biāo)法中實驗條件相差很大，筆者嘗試在濃縮海水的條件下進行銅管沉積試驗，研究接近熱法海水淡化的工況條件下的阻垢性能，具體操作如下：

  按美國海水標(biāo)準(zhǔn)配制兩倍模擬海水，其中HCO的離子嘗試按5倍量標(biāo)準(zhǔn)配制。試驗用銅管型號為HA-77-2,壁厚0.75mm。直徑19mm。試驗前將長度為20mm的銅管用去離子水沖洗干凈并室溫晾干。取已配制好的海水150ml于150ml三角瓶中，加入一定量阻垢劑配制成一定質(zhì)量常量的溶液，將預(yù)處理好的銅管稱重，然后平放于三角瓶低部。用插有0.4m左右長玻璃管的橡膠塞將三角瓶塞緊，置于90度恒溫水浴中5h，然后取出銅管室溫涼干稱重，同時做空白試驗。用沉積抵制率來表示阻垢劑的阻垢性能.

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)物相對分子質(zhì)量分布

   HPMA的相對分子質(zhì)量分布。PMA的相對分子質(zhì)量分布在240-1700之間，主要分布在240-900，最可幾分布集中中430左右。統(tǒng)計結(jié)果顯示，平均相對分子質(zhì)量是526.按照一分子的馬來酸酐水解后增加一分子的水計算，HPMA的平均相對分子質(zhì)量為625.

2.2國標(biāo)法性能評介、垢樣形貌及晶相分析

   采用國標(biāo)法對HPMA阻垢性能進行了評價，結(jié)果顯示當(dāng)阻垢劑用量在2-6mg/l時，阻垢率增加明顯，而在6-15mg/l時，阻垢劑變化不顯著，基本維持在70%-75%。說明HPMA具有小劑量效應(yīng)，即在很小用量下也能有比較高的鈣溶限。

文章來源：百度文庫