基本介紹
- 中文名：阻垢劑
- 外文名：scale inhibitor
- 功能特性：適用於各種膜管材料
- 部分：鰲合、分散和晶格畸
作用機理,分類,展望,
作用機理
從作用機理上來講，阻垢劑的作用螯合增溶作用、凝聚與分散作用、靜電斥力作用、晶體畸變作用四部分。且在實驗室評定試驗中，分散作用是鰲合作用的補救措施，晶格畸變作用是分散作用的補救措施。
螯合作用
由中心離子和某些合乎一定條件的同一多齒配位體的兩個或兩個以上配位原子鍵合而成的具有環狀結構的配合物的過程稱為螯合作用。鰲合作用的結果是使得成垢陽離子(如ca2+，Mg2+等)與螯合劑作用生成穩定的螯合物，從而阻止其與成垢陰離子(如 CO3 2-，SO42-，PO43-，和SiO32- 等)的接觸，使得成垢的幾率大大下降。螯合作用是按化學計量進行的，如1個EDTA分子鰲合1個二價金屬離子。
螯合劑的鰲合能力可用鈣螯合值來表示。通常商品水處理劑的螯合能力(以下各藥劑活性組分質量分數均為50%，螯合能力以CaCO3計):氨基三亞甲基膦酸(ATMP)—300 mg/g;二乙烯三氨五亞甲基膦酸(DTPMP)—450 mg/g;乙二胺四乙酸(EDTA)—15om歲g;羥基亞乙基二膦酸(HEDP)—45om擴g。折合算來，1 mg螯合劑只能螯合不足0.5 mgCaCO3垢。若需將總硬為smm0FL的鈣鎂離子穩定在循環水系統中，所需的螯合劑為l000m/L，這種投加量在經濟上是無法承受的。由此可見，阻垢劑螯合作用的貢獻只是其中很小一部分。但在中低硬度水中，起重要作用的仍是阻垢劑的螯合作用。
分散作用
分散作用的結果是阻止成垢粒子間的相互接觸和凝聚，從而可阻止垢的生長。成垢粒子可以是鈣、鎂離子，也可以是由千百個CaCO3和MgCO3分子組成的成垢顆粒，還可以是塵埃、泥沙或其他水不溶物。分散劑是具有一定相對分子質量(或聚合度)的聚合物，分散性能的高低與相對分子質量(或聚合度)的大小密切相關。聚合度過低，則被吸附分散的粒子數少，分散效率低;聚合度過高，則被吸附分散的粒子數過多，水體變渾濁，甚至形成絮體(此時的作用與絮凝劑相近)。與螯合作用相比，分散作用是高效的。實驗表明，1 mg分散劑可使10一100 mg的成垢粒子穩定存在於循環水中，在中高硬度水中，阻垢劑的分散功能起主要作用。
晶格畸變作用
當系統的硬度、鹼度較高，所投入的鰲合劑、分散劑不足以完全阻止它們析出的時候，它們就不可避免地析出。如果沒有分散劑的存在，垢的生長將服從晶體生長的一般規律，所形成的垢堅固地附著在熱交換器表面上。如果有足量的分散劑的存在，由於成垢粒子(由成百上千個CaCO3分子組成)被分散劑吸附、包圍，阻止了成垢粒子在其規則的晶格點陣上排列，從而使所生成的污垢鬆軟、易被水流的沖刷而帶走。
分類
按照阻垢劑的聚合成份,可將其分為天然聚合物阻垢劑和合成聚合物阻垢劑兩大類.而合成聚合物阻垢劑又可進一步分成羧酸類聚合物阻垢劑、磺酸類聚合物阻垢劑、含磷聚合物阻垢劑和環境友好型阻垢劑4種。
有機
膦系列阻垢劑
ATMP具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸變作用。可阻止水中成垢鹽類形成水垢，特別是碳酸鈣垢的形成。ATMP在水中化學性質穩定，不易水解。在水中濃度較高時，有良好的緩蝕效果。
HEDP是一種有機膦酸類阻垢緩蝕劑，能與鐵、銅、鋅等多種金屬離子形成穩定的絡合物，能溶解金屬表面的氧化物。在250℃下仍能起到良好的緩蝕阻垢作用，在高pH下仍很穩定，不易水解，一般光熱條件下不易分解。耐酸鹼性、耐氯氧化性能較其它有機膦酸(鹽)好。
EDTMPS是含氮有機多元膦酸，屬陰極型緩蝕劑，與無機聚磷酸鹽相比，緩蝕率高3～5倍。能與水混溶，無毒無污染，化學穩定性及耐溫性好，在100℃下仍有良好的阻垢效果。EDTMPS在水溶液中能離解成8個正負離子，因而可以與多個金屬離子螯合，形成多個單體結構大分子網狀絡合物，鬆散地分散於水中，使鈣垢正常結晶被破壞。EDTMPS對硫酸鈣、硫酸鋇垢的阻垢效果好。
EDTMPA具有很強的螯合金屬離子的能力，與銅離子的絡合常數是包括EDTA在內的所有螯合劑中最大的。EDTMPA為高純試劑且無毒，在電子行業可作為半導體晶片的清洗劑用於製造積體電路;在醫藥行業作放射性元素的攜帶劑，用於檢查和治療疾病;EDTMPA的螯合能力遠超過EDTA和DTPA，幾乎在所有使用EDTA作螯合劑的地方都可用EDTMPA替代。
有機膦酸鹽阻垢劑
ATMP·Na4
是ATMP的中性鈉鹽，可阻止水中成垢鹽類形成水垢，特別是碳酸鈣垢的形成。 ATMP·Na4適用於火力發電廠、煉油廠的循環冷卻水、油田回注水系統。ATMP·Na4對於其他一些添加劑也有很好的相容性。ATMP·Na4特別適用於中性到酸性配方中，無氨味產生。
ATMP·Kx是ATMP的部分鉀鹽溶液，相對於等量的鈉鹽，ATMP·Kx具有更高的溶解度，可阻止水中成垢鹽類形成水垢，特別是碳酸鈣垢的形成。ATMP·Kx尤其適用於油田回注水系統。
HEDP·Na4廣泛套用於電力、化工、冶金、化肥等工業循環冷卻水、低壓鍋爐、油田注水及輸油管線的阻垢和緩蝕。
聚羧酸類阻垢分散劑
PAAS無毒，易溶於水，可在鹼性和中濃縮倍數條件下運行而不結垢。PAAS能將碳酸鈣、硫酸鈣等鹽類的微晶或泥沙分散於水中不沉澱，從而達到阻垢目的。
AA/AMPS為丙烯酸與2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚而成。由於分子結構中含有阻垢分散性能好的羧酸基和強極性的磺酸基，能提高鈣容忍度，對水中的磷酸鈣、碳酸鈣、鋅垢等有顯著的阻垢作用，並且分散性能優良。與有機膦復配，增效作用明顯。特別適合高pH、高鹼度、高硬度的水質，是實現高濃縮倍數運行的最理想的阻垢分散劑之一。共聚物類阻垢劑作為水處理藥劑, 具有品種繁多, 合成方法較成熟, 適用水質範圍寬, 低毒無公害等優點, 是一類極具發展前途的綠色阻垢劑。
PESA是一種無磷、非氮的“綠色”環保型多元阻垢緩蝕劑。PESA對水中的碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、氟化鈣和矽垢有良好的阻垢分散性能，阻垢效果優於常用有機膦類阻垢劑。PESA與膦酸鹽復配具有良好的協同增效作用。同時PESA具有一定的緩蝕作用，是一種多元阻垢劑。與其他藥劑復配可以形成性能較好的低磷或無磷緩蝕阻垢劑, 因而有著十分廣闊的套用前景。
PASP為水溶性聚合物，是一種新型綠色水處理劑，具有無磷、無毒、無公害和可完全生物降解的特性。對離子有極強的螯合能力，具有緩蝕與阻垢雙重功效，對碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、磷酸鈣等成垢鹽類具有良好的阻垢效果，對碳酸鈣的阻垢率可達80%。
複合阻垢劑
鍋爐專用緩蝕阻垢劑
是由有機膦酸和聚羧酸等高聚物組成的複合品，具有很高的緩蝕和阻垢性能，其耐溫性特別好，可有效地套用於低壓鍋爐的爐內水處理。
熱網專用阻垢劑
主要由高效分散劑、酚羥基、磺酸基團等組成，對水中的碳酸鈣、硫酸鈣等成垢因子具有晶格畸變作用，使垢不易牢固地吸附在器壁上，鬆散地分散在水中，顯示出優良的阻垢作用。
緩蝕阻垢劑
由有機膦酸、聚羧酸、碳鋼緩蝕劑等組成，對水中的碳酸鈣、磷酸鈣等均有很好的螯合分散作用並且對碳鋼具有良好的緩蝕效果，主要用於鋼鐵廠循環冷卻水系統的緩蝕阻垢，其緩蝕效果好、阻垢力強。
緩蝕阻垢劑
由有機膦酸、聚羧酸、碳鋼緩蝕劑及銅緩蝕劑復配而成，對水中的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等均有很好的螯合分散作用並且對碳鋼、銅具有良好的緩蝕效果。
本品主要由多種有機膦羧酸、聚羧酸、含磺酸鹽共聚物、緩蝕劑、特殊界面活性劑等組成，適用於循環水中Ca2++鹼度要求達到1500 ppm的高濃縮倍率的循環冷卻水系統。
RO阻垢劑
反滲透阻垢劑、分散劑是一種高效阻垢分散劑，特別適用於反滲透給水中鋇、鍶含量高，硫酸鋇、硫酸鍶結垢傾向嚴重的反滲透系統。它可以在結垢物質很寬的濃度範圍內有效地阻止結垢的發生。在反滲透系統(RO)、納濾系統(NF)或超濾系統(UF)中使用反滲透阻垢劑。反滲透膜結垢是制約RO 在水處理推廣套用的關鍵因素。膜系統一旦大面積結垢,清洗膜和更換反滲透膜是唯一的解決辦法。
專用阻垢劑
苯駢三氮唑鈉(BTA)：
BTA(Na)可以吸附在金屬表面形成一層很薄的膜，保護銅及其它金屬免受大氣及有害介質的腐蝕;BTA(Na)在循環冷卻水系統中可與多種阻垢劑、殺菌滅藻劑配合使用，對循環冷卻水系統緩蝕效果良好，在循環水中用量為2-4mg/L。BTA(Na)也可以作為銅銀的防變色劑、汽車冷卻液、潤滑油添加劑。
巰基苯駢噻唑鈉(MBT)：
MBT(Na)可以作為循環冷卻水系統中的銅緩蝕劑。MBT(Na)緩蝕作用主要依靠和金屬銅表面上的活性銅原子或銅離子產生一種化學吸附作用;或進而發生螯合作用從而形成一層緻密而牢固的保護膜，使銅材設備得到良好的保護，使用量一般為4mg/L，MBT(Na)也可以用作增塑劑、酸性鍍銅光度劑等使用。
甲基苯駢三氮唑(TTA)：
TTA 可以作為有色金屬銅和銅合金的緩蝕劑，對黑色金屬也有緩蝕作用。TTA吸附在金屬表面形成一層很薄的膜，保護銅及其它金屬免受大氣及水中有害介質的腐蝕。本品成膜更均勻，和巰基苯駢噻唑鈉複合使用效果更佳。TTA用醇或鹼溶解後加入到循環水中，水中本品濃度為2—10mg/L，若水系統中的有色金屬已嚴重腐蝕，可以按正常濃度5—10倍加入本品以使系統迅速鈍化。
濃縮阻垢劑
濃縮阻垢劑就是把以上出現的類型的阻垢劑再經過針對企業運營情況的實驗分析進行濃縮得出的複合配方的阻垢劑。濃縮阻垢劑的特點就是：1、效率更高；2、使用更方便；3、用量更小；4、更節約經濟；5、節省人力；6、節省倉儲空間；7、更加安全。
無磷阻垢劑
無磷阻垢劑可適用於不同水源，該產品採用無磷聚合物及分散性高分子聚合物來防止硬度及氧化鐵沉積。是一種高效能的液體阻垢分散劑，有效控制碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鍶結垢，碳酸鈣的LSI高達+3.0尚不致結垢。可用於控制膜分離系統結垢沉澱及減少微粒堵塞。
注意事項
無毒，吸入：轉移至新鮮空氣處，如出現呼吸短促，吸氧，症狀持續惡化，立即就醫。皮膚接觸：立即脫掉污染的衣服和鞋子，用大量的水沖洗。眼睛接觸：用洗眼器沖洗至少15分鐘，如果眼部刺激持續或惡化，給予醫療護理，脫下隱形眼鏡。食入：沒有醫生的建議，不要催吐。切勿給失去知覺者餵食，如有必要送醫治療。
展望
根據可持續發展的戰略, 綠色化無疑是 21 世紀阻垢劑的發展方向。因此, 今後的工作應當圍繞性能、經濟、環境三大目標, 在進一步完善現有產品, 提高質量的基礎上,應加強機理研究和復配研究, 降低成本, 減小污染;加快具有我國資源優勢的鉑系、鎢系水處理劑的研究及推廣套用; 在新產品的合成方面, 必須突破現有思路, 積極利用綠色化學技術, 首先將目標分子綠色化, 採用清潔工藝, 合成無磷、非氮、不含有毒物質、易於生物降解、真正對環境友好的高效阻垢劑, 以徹底取代含磷配方。
