聚天冬氨酸及其与膦系水处理剂复合的阻垢缓蚀研究

Posted 2023-01-11 用量

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聚天冬氨酸(polyasparticacid)，以下简称PASP，是美国Donlar公司于20世纪90年代初期开发的一种环境友好型水处理剂，它分子中不含磷，可生物降解，具有较好的阻垢分散性能，并在油井中已被证明有良好的缓蚀性能，PASP作为阻垢缓蚀剂具有可完全生物降解且不含磷的优越特性，但它本身的阻垢缓蚀效果无法达到市售水处理阻垢缓蚀剂的水平。目前国内工业循环冷却水系统中常用的药剂大多采用全有机膦系水处理剂，由于磷的存在和大量排放将引起周围水域的富营养化，促进菌藻的滋长形成“赤潮"，污染环境，也是一种公害，因此从长远发展趋势来看，膦系水处理剂的生产和应用必将受到限制。为此，将PASP与少量膦系水处理剂复合使用，研究开发一种高效、低磷、可部分生物降解的复合水处理剂，具有很好的推广价值和应用前景。
1实验部分
1.1PASP的合成
取一定量的L一天冬氨酸，在一定温度下进行热缩聚，用氢氧化钠溶液水解缩聚产物，得到红棕色液体，即为PASP溶液。
1.2PASP与膦系水处理剂的复合
取市场上常用的膦系阻垢缓蚀剂1一羟基亚乙基一1，1一二膦酸(HEDP)、2一膦酸基丁烷一1，2，4一三羧酸(f)E汀lCA)和二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DETPMP)分别按一定比例加入到PASP溶液中，配制成二元复合溶液，即得到相应的复合水处理剂。
1.3阻垢性能测定
采用静态阻垢试验方法，选定实验用水为河北省科学院地下水，总硬度621nag/L，Ca2+465mg/L(以CaCO3计)，总碱度333mg/L(以CaCO3计)，S042-142mg/L，电导率1072/us/cm。在lO00mL烧杯中准确倒人750mL实验用水，加入所要评定的水处理剂，搅匀，置于80℃恒温水浴中并记时，当蒸发浓缩至500mL(浓缩倍数为1.5)时，取出烧杯，迅速冷却至室温后将试液移至500mL容量瓶中，试液不足500mL时，用去离子水补足，并摇匀，继续置于80℃恒温水浴中，从计时开始恒温10h。实验结束后，取出容量瓶，冷却至室温，吸取上层澄清溶液，用EDTA滴定法分析测定钙离子的质量浓度。阻垢率按下式计算：

2实验结果与讨论
2.1PASP的阻垢性能
按照上述1.3中实验方法，PASP采用不同用量时，测定阻垢率。结果见图1。从图1可以看出，PASP具有明显的溶限效应，在用量小于20mg/L时，阻垢率随着用药量的增加而迅速升高，在用量为20mg/L左右时，阻垢率达到最高，接近71%，此后随着用药量的继续增加，阻垢率不再提高，呈缓慢的下降趋势。
2.2PASP与膦系水处理剂复合的阻垢性能
按照上述1.3中实验方法，PASP分别与HEDP、PBTCA、DETPMP按不同的质量比例复合时，药剂用量均为20mg/L，测定阻垢率。结果见图2、图3、图4。

从图2可以看出，PASP与HEDP质量比达到3：1之前，复合物阻垢率随着PASP质量比例的增加而逐渐提高，当PASP与HEDP质量比为3：l时，复合物阻垢率达到最高，接近78%，此时的用量比例为最佳，说明PASP与HEDP复合有一定的协同作用，比单独使用PASP时阻垢率可提高7%左右。

从图4可以看出，随着PASP质量比例的不断增加，复合物阻垢率逐渐下降，在PASP与DETIMP质量比达到2：1之前，阻垢率下降趋势比较平缓，当PASP与DETPMP质量比为2：1时，复合物阻垢率还可以达到82%左右，但在此之后，阻垢率有一个迅速下降的过程。
由此可见，PASP分别与PBTCA和DETPMP复合，均可以使阻垢率有很大的提高，比单独使用PASP时阻垢率可提高10%以上。但是PBTCA的磷含量为11.5%，DETPMP的磷含量为27.2%，所以从低磷和减少环境污染的角度考虑，应首选PBTCA作为复合药剂较好。
2.3PASP的缓蚀性能
按照上述1.4中试验方法，对PASP的缓蚀性能进行测定。结果见表1。

从表2可以看出，PASP与PBTCA复合具有很好的缓蚀性能，当复合物用量达到20mg/L时，能使挂片的腐蚀率从空白的20.37×10-2mm/a降至0.99×10-2lnm/a，缓蚀率可以达到95%以上，比单独使用PASP时缓蚀率可提高5%左右。再增大用量，缓蚀率没有明显的提高，当用量为40mg/L时，缓蚀率为96.22%。
3结论
(1)PASP与膦系水处理剂复合比单独使用PASP具有更好的阻垢缓蚀性能。在药剂用量均为20mg/1.时，PASP与PBTCA复合(质量比为2：1)比单独使用PASP，阻垢率可提高10%以上，缓蚀率可提高5%左右。
(2)PASP与膦系水处理剂复合是一种高效、低磷、可部分生物降解的水处理剂。