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摘 要

我国水资源匮乏，为节约用水，工厂一般采用循环浓缩冷却水代替直流冷却水。但在浓缩后容易形成水垢，堵塞管道，引起腐蚀，降低生产效率。而加入水处理剂是最有效的阻垢方法。

本文以马来酸酐为原料，合成了环氧琥珀酸（ESA）,再以水为溶剂，过硫酸铵为引发剂，次亚磷酸钠为链转移剂合成了环保型多功能阻垢剂——ESA/APES/AMPS共聚物。实验对合成的环氧琥珀酸（ESA）、共聚物（ESA/APES/AMPS）进行了红外表征，结果表明产物已合成。

采用静态阻垢法测试了共聚物（ESA/APES/AMPS）对碳酸钙的阻垢性能，通过一系列单一因素实验，研究了合成条件（单体质量配比、引发剂的用量）不同对ESA/APES/AMPS阻碳酸钙性能的影响；考察了测试条件对ESA/APES/AMPS阻碳酸钙性能的影响，即阻垢率随循环冷却水的温度的变化。

关键词：环氧琥珀酸；阻碳酸钙；合成；红外表征

Study on Scale Inhibition Performance of Environmentally Friendly Water Treatment Agent ESA/APES/AMPS

Abstract

In China,water resources are scarce.In order to save water,factories generally use circulating concentrated cooling water instead of DC cooling water.However,after concentration,it is easy to form scale,block the pipeline,cause corrosion,and reduce production efficiency.Adding a water treatment agent is the most effective scale inhibition method.

In this paper,water is used as solvent and maleic anhydride is used as raw material to synthesize epoxysuccinic acid (ESA), ammonium persulfate is used as initiator,sodium hypophosphite is used as chain transfer agent to synthesize environment-friendly multifunctional scale inhibitor-ESA/APES/AMPS copolymer.The synthesized epoxysuccinic acid (ESA) and copolymer (ESA/APES/AMPS) were characterized by infrared spectroscopy.The results showed that the products had been synthesized.

The scale inhibition performance of the copolymer (ESA/APES/AMPS) on calcium carbonate was tested by static scale inhibition method.Through a series of single factor experiments,the mass ratio of the monomer and the amount of the initiator used in the synthesis of the copolymer were studied.The effect of ESA/APES/AMPS calcium carbonate resistance was investigated.The calcium carbonate resistance of ESA/APES/AMPS varied with the temperature of circulating cooling water and the concentration of calcium ions in water.

Keywords:Epoxy succinic acid,Calcium carbonate,Synthesis,Infrared characterization

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 阻垢剂的研究进展 2

1.2.1 天然高分子阻垢剂 2

1.2.2 聚磷酸盐和有机磷酸盐阻垢剂 2

1.2.2.1 亚甲基磷酸型化合物 3

1.2.2.2 同碳二磷酸型化合物 3

1.2.2.3 磷基羧酸类化合物 3

1.2.3 磺酸类共聚物阻垢剂 3

1.2.4 羧酸类均聚和共聚物阻垢剂 3

1.2.5 环境友好型共聚物阻垢剂 4

1.3 阻垢剂的作用机理 4

1.3.1 晶格畸变作用 4

1.3.2 螯合增溶作用 4

1.3.3 凝聚与分散作用 5

1.3.4 阈值效应 5

1.3.5 再生-自解脱膜假说 5

第二章 共聚物ESA/APES/AMPS的制备与表征 6

2.1 实验 6

2.1.1 主要原料与仪器 6

2.1.2 中间产物ESA的合成 6

2.1.3 ESA/APES/AMPS共聚物的合成 7

2.2 产物表征 7

2.2.1 ESA红外光谱图表征 7

2.2.2 ESA/APES/AMPS共聚物红外光谱图 8

第三章 ESA/APES/AMPS阻垢性能研究 10

3.1 实验试剂与仪器 10

3.2 阻碳酸钙性能测试方法 10

3.3 阻碳酸钙性能测试结果分析 11

3.3.1 单体质量配比不同对阻垢率的影响 11

3.3.2 引发剂用量不同对阻垢率的影响 12

3.3.3 测试温度对ESA/APES/AMPS阻碳酸钙的影响 13

3.3.4 ESA/APES/AMPS与市售阻垢剂的阻碳酸钙性能比较 13

第五章 实验总结 15

致谢 16

参考文献 17

第一章 绪论

1.1 前言

水是万物之源，人类的生活和生产活动都依赖于这一天然资源，虽然地球上的水资源丰富，但只有不到1%的水可为人类直接利用。我国水资源总量位于世界前列，人均水资源却远远低于世界平均水平，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。但近年来，随着时代的变迁，工业的进步，人口的快速增长，城市的日渐增多和扩张，人们对水资源的需求量越来越大。同时，人类的生活、生产活动导致水污染现象进一步加剧，更使原本贫乏的水“雪上加霜”，拯救水资源势在必行。

在人类用水中，工业用水占据了相当大的比例，而其中工业冷却水就超过六成，因此，节约冷却水迫在眉睫。在工业生产中，冷却水主要以循环冷却水和直流冷却水两种方式运行。若采用循环冷却水并提高浓缩倍数，用水量仅为直流水用量的2.5%，且排污水的量减少了98%以上，可以更好的达到节约用水的目的。^[1]不仅如此，改用循坏冷却水还可以防止和减少热污染以及化学污染。虽然提高循坏冷却水的浓缩倍数可以有效地达到节约用水的目的，但随着浓缩倍数的提高，水中无机盐离子浓度也不断提高，当达到临界浓度时以沉积物的形式从水中析出形成水垢。常见的垢是碳酸钙，硫酸钙，氢氧化镁，硫酸钡，磷酸钙，草酸钙等，其中碳酸钙被认为是最常见的。如果对管道内的沉积物不及时清理，会使换热器的换热效果下降，甚至堵塞换热器和管道冷却水的通道，造成泵压上升，冷却水流量减低；还会使水处理剂难以到达金属表面，降低处理效果，使其成为微生物大量繁殖的温床，导致换热器管道的局部过热；引起垢下腐蚀等问题。^[2]目前已经采用了各种方法控制沉积物，如金属去除。在严重的情况下，高压喷水清理或酸洗过程可以消除较多的镶嵌沉积物。但是，这需要关闭工业厂房，将造成工厂的经济损失。为了减轻结垢，最常见的和有效的方法是使用化学添加剂作为阻垢剂，即使是非常小的浓度，也可以阻止或防止水垢形成，

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