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摘 要

碳酸钙垢沉积严重影响工业生产的正常运行。目前市售阻垢剂大部分都含磷，而磷元素过多会造成水体富营养化，污染环境。

本文基于阻碳酸钙性能测定方法，选用含磷阻垢剂PBTCA和无磷三元聚合物ESA/TPEO/AMPS阻垢剂（ESA:TPEO:AMPS=1:1:5）作为单体，两者复配得到新型二元复配制剂。研究了复配比例、反应温度、反应时间、钙离子浓度、碳酸氢根离子浓度和PH值对复配制剂阻碳酸钙垢性能影响。实验结果表示，当PBTCA与ESA/TPEO/AMPS阻垢剂以质量比为2:1，反应温度为80℃，反应时间为10h，Ca² 浓度为1.34mg/L，HCO₃^-浓度为2.02mg/L，硼砂浓度为0.31mg/L，复配制剂阻碳酸钙垢效果最好，阻垢率为90.36%。通过电子显微镜、红外光谱（FTIR）观察钙垢的形貌和晶型，研究复配制剂的阻垢机理。

关键词：复配；阻碳酸钙垢；性能研究

Study on the Resistance of New Dual Compound Preparation to 

Cacium Carbonate

Abstract

Calcium carbonate scale deposition seriously affects the normal operation of industrial production. At present, most of the scale inhibitors on the market contain phosphorus, and too much phosphorus will cause 

eutrophication of water and pollute the environment.

In this paper, based on the determination method of calcium carbonate resistance, phosphorous scale inhibitor PBTCA and phosphorous free ternary polymer ESA/TPEO/AMPS scale inhibitor (ESA:TPEO:AMPS=1:1:5) were used as monomers to obtain a new type of binary compound preparation.The effects of  compound proportion, reaction temperature, reaction time, calcium ion concentration, bicarbonate ion concentration and 

PH value on the scale resistance of the compound preparation were studied. The experimental results showed  that when the mass ratio of PBTCA to ESA/TPEO/AMPS scale inhibitor was 2:1, the reaction temperature was 80℃, the reaction time was 10h, The concentration of Ca²  was 1.34mg/L, the concentration of HCO₃^- was 2.02mg/ L, and the concentration of borax was 0.31mg /L, the compound preparation had the best scale inhibition effect, and the scale inhibition rate was 90.36%.The morphology and crystal form of calcium scale were observed by electron microscope and infrared spectrum (FTIR), and the scale inhibition mechanism of the compound preparation was studied.

Key words: Compound,  Calcium Carbonate Scale inhibition,  Performance Study

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 阻垢剂分类 1

1.3 阻垢剂作用机理 1

1.4 研究内容 2

第二章 复配制剂单体的筛选 3

2.1 实验试剂与仪器 3

2.2 阻碳酸钙垢性能测定方法 3

2.3 复配制剂单组分阻碳酸钙垢性能研究 4

2.3.1 无磷阻垢剂ESA/TPEO/AMPS筛选 4

2.3.2 阻垢剂PBTCA和PAA的阻垢性能比较 4

第三章 复配制剂阻碳酸钙垢性能的研究 7

3.1 复配比例对复配制剂阻碳酸钙垢性能的影响 7

3.2 反应时间对复配制剂阻碳酸钙垢性能的影响 8

3.3 反应温度对复配制剂阻碳酸钙垢性能的影响 8

3.4 钙离子浓度对复配制剂阻碳酸钙垢的影响 9

3.5 碳酸氢根离子浓度对复配制剂阻碳酸钙垢性能的影响 10

3.6 PH值对复配制剂阻碳酸钙垢性能的影响 11

3.7 小结 12

第四章 复配制剂阻碳酸钙垢机理的研究 13

4.1 实验仪器与试剂 13

4.2 碳酸钙垢的制备 13

4.3 表征 14

4.3.1 电子显微镜扫描 14

4.3.2 红外光谱分析（FT-IR） 15

4.4 小结 15

结论与展望 16

致 谢 17

参考文献 18

第一章 绪 论

1.1 研究背景

随着经济的快速发展，人们对水资源的需求也日益增加，也越来越意识到水资源的重要性^[1]。尤其是工业用水量大幅提升，据统计，工业用水量占据城市总用水量的90%。在工业生产中水主要是用来冷却降温^[2]，而冷却水用量占据工业总用水量的70%。因此，提高冷却水的使用效率将会对节约水资源作出巨大贡献。目前采用的方法是提高冷却水的浓缩比，以此来提高冷却水的利用效率^[3]。而提高冷却水的浓缩比将会导致严重的污垢问题，尤其是在冶金等行业中，污垢的产生会严重影响设备的性能和使用寿命。

冷却水系统的污垢有很多的种类，其中以晶体结垢沉积最为常见，而且危害也更大。晶体结垢沉积主要是 CaCO₃、CaSO₄、Ca₃(PO₄)₂和 SiO₂等无机盐以污垢的形式沉积在设备表面，而CaCO₃是最常见的污垢。循环冷却水中的离子，在循环过程中因热交换会使得部分水蒸发，导致水中离子浓度升高，使含盐量增加，同时当循环水在运行过程中，碳酸氢根会分解，一部分以 CO₂气体形式逸出、一部分变为CO₃^2-，CO₃^2-与Ca² 不断结合生成CaCO₃，并且循环水中 pH 的升高也会促进这一反应发生^[4]。这使得水中的碳酸钙呈过饱和状态，当溶液进一步浓缩时，便会析出晶核且不断成长为碳酸钙晶体，并以沉淀的形式沉积在管壁成为污垢，随着运行时间增长，这层污垢就会逐渐变厚成为难以除去的顽固污垢。这种硬垢导热性能差，影响传热效果，降低传热效率，经济损失严重。据统计英国每年因为污垢造成的损失约为 15 亿美元，美国的损失更高达 500 亿美元^[5]。为解决这些问题，各个国家每年要投入大量的物力和财力，比如英国每年在此方面的投资约为 8 亿美元，日本约为 30 亿美元，美国约为 90 亿美元。因此，解决工业冷却水污垢，降低由污垢带来的经济损失是目前急需要解决的问题。 

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