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聚环氧琥珀酸钠阻碳酸钙垢性能研究

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聚环氧琥珀酸钠阻碳酸钙垢性能研究


聚环氧琥珀酸钠(PESA)是一种无磷无氮和生物 降解性能好的兼有阻垢和缓蚀双重功能的水处理剂,目前正日益成为国际上研究的热点[1~3]。本实验对 PESA的阻垢性能进行了较为系统的研究。
2实验部分2.1 PESA 的合成[4-6]向装有恒速搅拌器、温度计和冷凝装置的四口烧 瓶中加入49.0 g马来酸酐,加入80mL去离子水溶 解,在搅拌状态下缓慢滴加50% NaOH 60 g,然后在 油浴中加热到55 加催化剂钨酸钠1.7 g,继而缓慢滴加65 mL 30%的H202,同时滴加50% NaOH溶液 调节PH值,温度保持70尤反应2 h。当升至一定温度时,分批加人引发剂氢氧化钙,恒温搅拌一定时间, 直至纳米碳酸钙溶液黏度变大并逐渐变为淡黄色为止。实验中所用各药品均为分析纯试剂。
2.2静态阻垢实验实验方法主要参照《水处理剂阻垢性能的测定一 碳酸钙沉积法》(GB16632—1996)来进行。
配制含有不同[Ca2+ ]和[HOV ]水样,分别加入 不同浓度的PESA进行静态阻CaC03垢实验。将试液试验前后Ca2+浓度与不加阻垢剂的空白试液Ca2 + 浓度作对比,计算出不同阻垢剂用量相应的阻垢率。 阻垢率按以下公式计算:v =Xi ~ l2 x 100% (1)
A〇 _ yl2式中Jf。——试验前配制好的试液中(Ca2+)浓度 mg/L;X,——加人水处理剂的试液试验后的钙离子。浓度mg/L;X2——未加入水处理剂的空白试液试验后的转离子(Ca2+ )浓度mg/L。
3结果与讨论3.1硬度(Ca2+)对PESA阻垢性能的影响实验中控制PESA浓度为20 mg/L,恒温时间为 10 h,水温保持80± 1 ^。固定HCO;浓度为 732 mg/L,Ca2+浓度分别以 120、240、360、480 mg/L 变化,实验结果见图1。
100*-0 120 240 360 480钙离子浓度/mg.I;1图1硬度对PESA阻垢性能的影响从图1可以看出,随着钙离子浓度的不断提高,PESA的阻垢性能缓慢地下降。然而即使在钙离子浓 度为480 mg/L,HC03_浓度为732 mg/L时(此时碳酸 钙浓度为600mg/L,而溶解度约25 mg/L),PESA仍旧 保持着85%左右的阻垢率。这说明了 PESA是可以应用于高钙离子浓度水系统的阻垢剂。
3.2碱度(HC03-)对PESA阻垢性能的影响实验中固定PESA浓度为20 mg/L,Ca2+浓度为 600 mg/L,HC03"浓度分别为 366、732、1 098、 1 464 mg/L变化,实验结果如图2。
由图2可以看出,在HCCV浓度为732 mg/L时 PESA的阻垢率仍高达93%。而当HCO〖浓度升高 至1 098mg/L时其阻垢率锐降至76%,最后在HCO; 浓度达到1 464 mg/L时,PESA的阻垢率仅为50%左右。与图1相比较可以发现,在[Ca2+ ]/[HCO; ] > 1(两者以CaC03计)的水中,PESA的阻垢性能明显要857055 %斋驿?
40 0 366 732 1098 1464碳酸氢根离子浓度/mg-I;1图2碱度对PESA阻垢性能的影响优于[Ca2+]/[HC03_ ] < 1的水。造成这种状况的主要 原因是由于PESA属于阴离子型阻垢剂。当 [Ca2+ ]/[HCO;] > 1 时,过量的 Ca2+ 赋予 CaC03 粒子 正电性,使阴离子型的PESA容易接近形成的CaC03粒子,因此PESA得以表现出较高的阻垢率。相反, 在[Ca2+ ]/[HC03- ] < 1时,溶液中过量的CO〗_包围在CaC03周围,使得CaC03晶体带负电。由于同性相 斥,阴离子型水处理剂PESA相对难以接近CaC03颗粒,因而影响其阻垢效果。因此,PESA更适合于处理 高硬度的水,而对于高碱度的或者负硬度的水,在用PESA处理时,最好采取预处理措施来降低其碱度。
3.3 恒温时间对PESA阻垢性能的影响实验中,固定PESA用量为20 mg/L,Ca2+与HC03_浓度分别为240 mg/L和1 098 mg/L,水温控制 在80±1^C,恒温时间为10、20、30和40 h。实验结果如图3。
由图3可以看出,随着恒温时间的增加,PESA的 阻垢率几乎没出现下降的趋势。因此,PESA即使在高温水系统中长时间的停留,对碳酸钙垢仍有较强的 抑制作用。
3.4恒温温度对PESA阻垢性能的影响实验中固定PESA的用量为20 mg/L,Ca2+浓度为 240 mg/L,HC03_ 浓度为722 mg/L,同时加人 pH = 9.9 的硼砂缓冲液20 mL。体系的温度分别以45、60、80、90冗进行变化,实验结果如图4。
从图4可以看出,温度从45弋增加到80 PESA的阻垢率下降的幅度极小;但当温度从80尤升高到90 ^时,阻垢率下降速度较快。虽然如此,这仍足以说明PESA具有优良的热稳定性能,因而可用于 高温水系统。
3.S PESA与工业常用阻垢剂阻垢效果比较为了对实验中合成的PESA的性能进行检验,选定当前工业中常用的ATMP、HEDP、PAAS这3种阻垢剂进行比较对照。实验中固定温度为80 ^,(^+浓 度为240 mg/L, HC07浓度为722 mg/L,同时加入pH =9.0的硼砂缓冲液20 mLD实验结果如图5。
80 r由图5可以看出,在阻垢剂浓度< 10 mg/L时, PESA的阻垢效果低于ATMP但高于HEDP。当阻垢剂浓度升高至20 mg/L时,PESA的阻垢效果开始高 于其它3种阻垢剂,此后随着阻垢剂浓度的不断升高,PESA的阻垢性能均一直维持最高。这说明本实 验中合成的PESA具有较高的阻垢性能。
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