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发布日期:2020-07-23 20:52

  阻垢剂_电力/水利_工程科技_专业资料。食品用水聚合物阻垢剂 的研究进展 郁友军 张慧林 食品在生产过程中都会用到纯水,这就需 要安装使用食品水处理设备,使用食品水 处理设备用阻垢剂。 阻垢剂(scale inhibitor): ?

  食品用水聚合物阻垢剂 的研究进展 郁友军 张慧林 食品在生产过程中都会用到纯水,这就需 要安装使用食品水处理设备,使用食品水 处理设备用阻垢剂。 阻垢剂(scale inhibitor): ?是具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无 机盐在金属表面的沉淀、结垢功能,并维持金属设备有良 好的传热效果的一类药剂。 ?阻垢剂的作用可分为鳌合、分散和晶格畸变三部分 ? ? ? ? ? ? 碳酸盐垢 硫酸盐垢 金属氧化物垢 磷酸盐垢 氟化物 硅垢等 Ta b l e o f C o n t e n t s 内容大纲 1 2 3 不同官能团在防垢过程中的作用特点 聚合物阻垢剂的分类及特点 绿色阻垢剂的发展 天然高分子聚合物阻垢剂的改性研究进展 食品用水聚合物阻垢剂发展的展望 4 5 基础性功能基团的阻垢特性 磺 酸 基 ? 膦 酸 基 ? 羧 基 ? 酯 基 ? 羟 基 ? 羟基基团-OH ? ? 羟基基团对Ca2 +、Mg2 +等盐垢具有一定的抑制作用 具有少剂量高效性、临界效应和晶格畸变的性能。 ? ? 聚合物分子结构中羟基数量与阻垢能力成正比。 如果聚合物中只有羟基,羟基会与水中的二价金属离子形 成胶凝,导致使用浓度不能过高。(-SO3H) 胶凝 ?一些亲水性高分子溶液, 如明胶水溶液、琼脂水溶 液,在温热条件下为粘稠 性流动液体,当温度降低 时,高分子溶液就形成网 状结构,分散介质水被包 含在网状结构中,形成了 不流动的半固体状物,这 一过程称为胶凝。 膦酸基团-PO(OH) ?膦酸基团可以与溶液中的 Mg2+、Ca2+等金属离子形成的 配位键稳定的络合溶液中金属离子。 ?聚 合 物 中 引 入 膦 酸 基 团 , 可 以 极 大 的 改 善 对 C a S O 4 、 Ca CO3及 Zn( OH)2垢的抑制效果; ?同时还提高对氧化铁颗粒的分散能力和减少对设备的缓蚀。 酯基基团-COO?酯基 基 团 具 有 分 散 与 晶 格 畸 变 作 用,对Mg2 +、 Ca2 +、庄闲的80%赢法,Cu2 +、Fe3 +等离子螯合较好从而实现防垢与阻垢。 二价金属离子产生胶凝,使阻垢剂不会出现临界效应而降 低阻垢效率。 ?如果聚合物引入脂基,可以有效的防止阻垢剂与溶液中的 ?酯基基团能防止聚合物胶凝、能耐高温,拥有良好的吸附 性与高电子密度。 磺酸基基团-SO3H ?磺酸基团水溶性较好、显强酸性、抗盐抗温性好。 ?可使亲水性弱的聚合物阻垢剂不容易与溶液中离子反应形 成难溶络合物,能阻止羟基与金属离子凝胶。 ?磺酸基对Fe3+、Zn2+、Ca3(PO4)2分散能力强、亲水性能好, 对Ca3(PO4)2垢的抑制和铁垢的分散能力较强。 类聚合物阻垢剂提高其性能。 ?对磷、硫、钙、钡、镁等盐垢阻垢能力较强,能引入膦酸 羧基基团-COOH ?羧酸基团具有分散、凝聚及晶格畸变功效。 ?可以同时和两个或多个金属离子赘合,并通过氧桥相互连 接形成立体网状结构的双环或多环赘合物。 ?对 Ca 2+ 、 Ba 2+ 、 Mg2+ 、 Fe3+ 、 Cu 2+ 等离子的络合能力优 异,能稳定Ca2+、Mg2+等金属离子在多元环状络合物中, 是阻CaCO3、CaSO4垢的主要官能团。 Others ?阻磷酸钙垢的聚氧乙烯基功能性基团 ?防止聚合物阻垢剂胶聚的酰胺基 基团 团 ( - CO - NH2) 功能性 ?阻碳酸钙垢、螯合金属离子、缓蚀功能的膦酰基功能性基 ?对Ca2+有较好的容忍度的胺基基团 团 ( - NH2) 等功能性基 阻垢剂按官能团分类 羧酸类聚合物阻垢剂 ? 膦基羧酸类聚合物阻垢剂 ? 磺酸类聚合物阻垢剂 ? 有机膦酸酯类聚合物阻垢剂 ? 羧酸类聚合物PAAS ?羧基能混在结晶初期的晶格中,在晶粒外表面带有一定密 度的电荷来增加晶粒之间的斥力,从而减缓晶体的形成于 生长。 ?主要代表性物质有丙烯酸类共聚物、马来酸类共聚物、丙 烯酸 - 甲基丙烯酸酯共聚物、磺酸聚羧酸共聚物、膦羧酸 共聚物等。 ?对碳酸钙、磷酸钙阻垢性能好。与有机磷酸及金属螯合剂 的复配效果良好。 ?低成本、少剂量高效、不水体营养化等特点,但是降解的 产物对环境有害,不能满足环保的要求。 膦基羧酸聚合物 ?此类阻垢剂有聚羧酸和有机磷酸阻垢剂的阻垢与缓蚀的双 重功效。 ?能良好的螯合 Ca 2+、 Mg 2+ 、 Zn2+ 、Cu 2+ 、 Fe2+ 等金属离 子,且阻垢剂与晶体间又存在范德华力而增加阻垢效果, 所有对CaSO4、CaCO3、MgSO4、Ca3(PO4)2等无机盐类 也有良好的阻垢性能。 ?代表物质有 ATMP( 氨基三亚甲基磷酸) 、HEDP ( 羟基亚 乙二膦酸) 、EDTMP( 乙二胺四亚甲基膦酸) 等。 使水体富营养化,滋养菌藻而污染水体。 ?该类阻垢剂化学稳定性好,但是膦基羧酸聚合物含磷容易 磺酸类聚合物阻垢剂 ?此类阻垢剂化学性质稳定。 ?对磷、硫、钙、钡、镁等盐垢阻垢能力优异。 ?磺酸类共聚物其中突出的能力是抑制磷酸钙垢、分散金属 氧化物、稳定有机磷酸和锌盐等。 ?代表性物质有丙烯酰胺类磺酸盐、丙烯酸类磺酸盐、单烯 烃类磺酸盐、烯丙氧基类磺酸盐、双烯烃类磺酸盐等。 ?合成方法成熟、高效、含磷量少、用量少、适用水质范围 广等特点,但是它低毒,依然对环境有一定程度的污染, 不过总体来说可以算是一类绿色阻垢剂。 有机膦酸酯类 ?有机膦酸酯类除了具有膦基羧酸类聚合物阻垢剂阻垢剂、 羧酸类聚合物阻垢剂的特点 ( 阻碳酸钙、阻硫酸钙垢、缓 蚀等特点) ,还具有较好的化学稳定性。庄闲的80%赢法 ?常见的有多元醇磷酸酯,能作为循环水阻垢剂。 ?该类阻垢剂具有毒性,对人体有害,而且此类化合物作为 阻垢剂使用不常见。 合成绿色阻垢剂 聚天冬氨酸 ( PASP) ? 聚环氧琥珀酸 ( PESA) ? S - 羧乙基硫代琥珀酸 ( CETSA) ? 聚天冬氨酸 ?聚天冬氨酸具有较好的缓蚀功能、能与众多离子鳌合、环 保和可生物降解性。聚天冬氨酸可与金属离子形成溶性环 状螯合物,这些螯合物可混入垢中,使垢晶体畸变而实现 防垢。 ?柳鑫华等研制的聚天冬氨酸分子侧链含有羧酸,对钙盐晶 格畸变作用良好。 ?张尔赤等研制的聚天冬氨酸分子结构中含有羧酸基团和酰 胺基团,官能团中的N、O 上的孤对电子可以吸附成垢微 晶体,电荷的排斥作用抑制了大晶体的生长。 聚环氧琥珀酸 ?聚环氧琥珀酸( PESA) 不含氮和磷,具有阻垢与缓蚀能力, 并适用于高 pH、高浓度含金属水质及良好的生物降解性能。 复配,极大的提高阻垢与缓蚀效果。 ?聚环氧琥珀酸能与有机磷酸盐类、无机磷酸盐类等化合物 ?王骁等研制的聚环氧琥珀酸的阻垢率 ?沙亚东等研制的 > 90% 。 PE-SA / PAA 对硫酸钙、碳酸钙的阻垢能 力比没改性前的聚环氧琥珀酸更好。 S - 羧乙基硫代琥珀酸 ?S - 羧乙基硫代琥珀酸对重金属的螯合性、抗酸碱性好、 分散性较强且降解物环保。 S- 羧乙基硫代琥珀酸分子结构中含有一个磺酸基和 三个羧基,在阻垢缓蚀功效方面强于含磷类阻垢剂。 ?每个 ?曾德芳等研制的 S-羧乙基硫代琥珀酸能运用于众多不同 水质,能在金属表面生成致密的保护膜抑制金属腐蚀,同 时能与其他化合物复配后极大的增强缓蚀功效。 天然聚合物改性研究 天然高分子聚合物具有价格低廉、环保等特点, 但是天然聚合物阻垢效果欠佳、使用量大、纯 度不高。 ? 天然高分子聚合物中含有众多的不饱和键,所 以存在改性研制新型高效、环保的聚合物阻垢 剂的空间。 ? ?袁玮良等研制的木质素磺酸钠对 阻垢与分散作用俱佳。 ?潘碌亭等对天然高分子 Ca CO3阻垢率 >8O% , F691化合物进行了改性,入了 - PO3、-COO-、-CONH3等功能性基团,其具有 阻垢、 絮凝、杀菌、缓蚀 等 功 效。 ?李 胜 兵等对淀粉进行了改性研究,通过氧化与磷酸酯化改 性后的分子结构中同时带有羧基和磷酸基,使其具有阻垢 与缓蚀能力。 对碳酸钙垢防治能力较好。 ?武世新等对腐殖酸的改性研究制得的聚合物螯合能力强, ?强西怀等对革屑水解制得的蛋白进行羧基化改性研究,制 得的阻垢剂对磷酸钙阻垢性能较好,阻垢机理为分散与晶 格畸变。 食品用水聚合物阻垢剂的特点 ?适用于多种水源水质,有效的抑垢能力 ,减少膜的结垢以 及降低膜系统的清洗周期; 推荐使用浓度2 ~ 6ppm,用量 低,节约系统运行成本; 复配产品,比单一成分的阻垢剂更 有效、更稳定; 液体产品,使用方便,可直接使用也可稀释 使用; 稳定性极强,不易水解; 适用于所有食品水处理设备 所用的反渗透 ?膜; 给水 p H适用范围广; 溶解性及稳定性强,不易水解。 结语 ?改性后的食品用水天然聚合物阻垢剂的 ?性虽然性能不如合成型,但是符合绿色循环经济发展观。 ?合成研究,首先得了解作用机理,然后再对官能团进行合 理的组合,从而得到想要的多功能的聚合物阻垢剂。 ?应当加强对绿色阻垢剂的协同阻垢效应进行研究,复配出 性质的优良复配物。 THANKS

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