HEDP 淄博 阻垢機理分析最新進展
1.1 水處理藥劑的研究目的和意義
隨著現代社會的發展和進步，世界人口的增長，水污染等問題的出現，使得水資源的缺乏越來越顯著。然而目前，我國的節水水平還很低，可挖掘的潛力是很大的[1]�，F在80%的用水來自工業用水，所以為了節約用水、合理用水，水處理藥劑及其應用方法是重要的環境保護材料和方法。而在工業生產中為了更合理的利用水資源，大都是采用的循環水冷卻法(占到總工業用水的70%)[2]，冷卻水在長期的循環中，鹽類物質會隨著水分的蒸發而濃縮，導致結垢、腐蝕、微生物滋生等問題，影響循環水系統的正常運行，減少設備的使用壽命。添加阻垢劑是防止循環冷卻水結垢的最重要方法之一，用量少、阻垢效果好，同時還能抑制腐蝕的作用因此它廣泛應用于水處理中[3]。但是許多緩蝕、阻垢劑單一使用效果比較有限，不能而對工業循環水中比較惡劣的水質產生好的效果，所以復配藥劑的使用就變得尤為重要，再根據系統情況設定方案，投加專用的緩蝕阻垢劑。
水垢的形成主要有兩種，一種是水受熱后從中沉淀出的化合物和雜質的混合物；另外一種是由水中難容或微溶的無機鹽組成，附著在結垢材料容器表面，降低其熱交換能力和反映效率的物質。水垢通常產生于容器或者管道表面。水垢的導熱性很差，會導致受熱面傳熱情況惡化，從而浪費燃料或電力。其次，水垢在管道或者熱水器中膠結的量大的時候還會因為熱脹冷縮和受力不均極大的增加熱水器和鍋爐爆炸甚至爆炸的危險性。
水處理藥劑是應用于水處理，包括水與廢水的各類水處理劑，主要有混凝劑、緩蝕劑、殺菌劑和清洗劑等。自開發阻垢劑以來，其發展經歷了無機鹽、聚合電解質、天然高分子、有機膦酸、聚羧酸類共聚物等階段，正趨于結構復雜化。逐漸向高效、多功能、復合化、低毒化方向發展。
1.2 阻垢劑的定義和分類
阻垢劑(scale inhibitor)是指具有能分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶性無機鹽在金屬表面的沉淀、結垢功能,并維持金屬設備有良好的傳熱效果的一類藥劑
阻垢劑的分類[3]
(1) 聚磷酸鹽
聚膦酸鹽是使用得比較早的阻垢劑，在20世紀40年代，據膦酸鹽開始用于水處理領域，但當時主要是緩蝕，其次才是阻垢。常用的據膦酸鹽包括三聚磷酸鈉（STPP）和六偏磷酸鈉(SHMP),其功能團為磷酸基，有較好的阻垢緩蝕效果，但其含磷高、易水解，用量大，排入水體后易造成水體富營養化。
(2) 有機膦酸 HEDP
有機膦酸鹽是在60年代后期才開發的，由于這些分子中都含有與碳原子直接相連的膦酸集團，它比聚磷酸鹽磷酸基團的化學穩定性好，耐高溫，不易水解，阻垢性能也好。
(3) 膦羧酸
膦羧酸分子中同時含有磷酸基和羧基兩種基團。目前在實際使用中, 使用較多的是PBTCA。它的化學名稱為2-膦酸基丁烷-1, 2, 4-三羧酸。與有機膦酸相比, PBTCA 不易形成難溶的有機磷酸鈣。同時, 還有緩蝕作用, 特別是在高劑量使用時, 還是一種高效緩蝕劑。
(4) 有機磷酸酯
有機磷酸酯抑制硫酸鈣垢的效果較好, 但抑制碳酸鈣垢的效果較差, 它雖比聚磷酸鹽難水解, 但比有機膦酸易水解生成正磷酸。
(5) 聚羧酸
聚羧酸作為阻垢劑, 使用較多的是丙烯酸的均聚物和共聚物, 以及馬來酸為主的均聚物和共聚物, 常用的聚羧酸有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸與丙烯酸羥丙酯共聚物、丙烯酸與丙烯酸酯的共聚物、水解聚馬來酸酐、馬來酸酐2丙烯酸共聚物、苯乙烯磺酸2馬來酸(酐) 共聚物。研究者把一些官能團引入到聚羧酸鹽中，如將磺酸集團引入，對磷酸鈣垢有很好的抑制能力，且有效地分散氧化鐵，穩定鋅離子和有機膦酸，藥效持久，不易于金屬生成沉淀等優點[5]
（6） 新型阻垢劑開發
隨著人類環保意識的日益增強，對阻垢劑的環保要求也日漸提高。目前，含磷、難生物降解的阻垢劑受到限制，西歐、美國和日本等國[6]。今年來為內外出現的新型阻垢劑，主要有聚環氧琥珀酸和聚天冬氨酸兩大類，因其具有優良的可降解性和較高的阻垢性能，被認為是一類真正的綠色阻垢劑。
1.3 HEDP 阻垢機理
阻垢劑的分子結構中都有多個或多種官能團，在水體系中可能表現出螯合、吸附和分散作用，能夠發揮水處理藥劑的“一劑多效”的功能，即一種藥劑同時具備阻垢、阻垢、緩蝕、絮凝、殺菌、分散等性能的中的兩種或者兩種以上的性能或體現出不能的效應。對阻垢效應起關鍵作用的是有機阻垢劑分子中帶負電的功能基團，這些負電基團于難容鈣鹽中帶正電的鈣離子相互可能產生比較強的庫侖靜電勢作用。如果功能基團的空間間距同晶面相關離子間接近的話，因靜電吸引會產生極強的吸附行為，會阻止鈣離子與碳酸根離子的進一步沉積，從而抑制碳酸鈣晶體的成長[7]。
阻垢機理的假設有很多，但它們還不能完全解釋阻垢劑的一些性質和現象，目前流行的機理有以下幾種。
(1)螯合增溶作用
阻垢劑能與水中Ca2+、Mg2+等金屬離子形成穩定的可溶性螯合物，從而提高了冷卻水中Ca2+、Mg2+的允許濃度，相對來說就增大了鈣、鎂鹽的溶解度，但是螯合增溶作用所能穩定的金屬離子量很小，它無法解釋“低限”。
(2)晶格畸變作用
在微晶(垢)成長過程中，若晶體吸附有阻垢劑并摻雜在晶格的點陣中，就會使晶體發生畸變，或者使晶體內部的應力增大，從而使晶體易于破裂阻礙了沉積垢的生長。
晶格畸變被認為是阻垢機理的主要部分。人們一直關注晶體生長過程中阻垢劑抑制的環節，其中一些研究者認為，有無原始的晶種對阻垢效果影響不大，且阻垢過程是非擴散控制的，即攪拌與否對阻垢效果影響不大。
(3)凝聚與隨后的分散作用
對于聚羧酸鹽類阻垢劑，在水中離解生成含有羧酸根的離子，在與碳酸鈣微晶碰撞時，會發生物理化學吸附現象而使微晶表面形成雙電層。聚羧酸鹽的鏈狀結構可吸附多個相同電荷的微晶，它們之間的靜電斥力可阻止微晶的相互碰撞，從而避免了晶體的形成。在吸附產物又碰到其他聚羧酸鹽離子時，會把已吸附的晶體轉移到過去，出現晶粒的均勻分散現象。從而阻礙晶粒間及晶粒與金屬表面間的碰撞，減少溶液中的晶核數，進而將碳酸鈣穩定在水溶液中[8]。
1.4 羥基乙叉二膦酸(HEDP)的研究進展 HEDP
1.4.1 HEDP的特性
HEDP是一種有機磷酸類阻垢緩蝕劑，能與鐵、銅、鋅等多種離子形成穩定的絡合物，能溶解金屬表面的氧化物。HEDP在250℃下仍能起到良好的緩蝕阻垢作用，在高pH值下仍很穩定，不易水解，一般光熱條件下不易分解。耐酸堿性、耐氯氧化性能較其它有機磷酸（鹽）好。HEDP可與水中金屬離子，尤其是鈣離子形成六圓環螯合物，因而HEDP具較好的阻垢效果并具明顯的溶限效應，當和其它水處理劑復合使用時，表現出理想的協同效應。
HEDP固體屬于高純產品，適用于冬季嚴寒地區；特別適用于電子行業的清洗劑和日用化學品添加劑。HEDP是一種具有成本低廉、阻垢分散性能優良的阻垢緩蝕劑，有關阻垢緩蝕性能及機理在國內外文獻已有較多的研究報道[9]
1.4.2 HEDP應用范圍與使用方法 HEDP
HEDP廣泛應用于電力、化工、冶金、化肥等工業循環冷卻水系統及中、低壓鍋爐、由
田注水及輸油管線的阻垢和緩蝕；HEDP在輕紡工業中，可以作金屬和非金屬的清洗劑，漂染工業的過氧化物穩定劑和固色劑，無氰電鍍工業的絡合劑。HEDP作阻垢劑一般使用濃度1~10mg/L，作緩蝕劑一般使用濃度10~50mg/L；作清洗劑一般使用濃度1000~2000mg/L；通常與聚羧酸型阻垢分散劑復配使用。
