低相對生子質量HPMA在熱法海水淡化過程中的阻垢性能評價

韓旭 王曉玲  呂慶春 趙河立 申戰輝  李健生  王連軍

（1、國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，天津300192；2、南京理工大學環境科學與工程系，江蘇 南京 210094）

 摘要：以國標法和銅管沉積法研究了合成低相對分子質量水解聚馬來酸酐(HPMA)的阻垢性能,以凝膠滲透色譜證實了產物的相對分子質量為625,以掃描電鏡(SEM)和X射(XRD)技術垢樣微觀形貌和晶相組成進行了分析.實驗表明:HPMA在小劑量使用時鈣溶限效應的同時,還能改變垢樣的性狀,使垢樣不易在熱管表面生長附著.SEM和XRD結果進一步證實了合成的HPMA能夠影響碳酸鈣的結晶過程,形成亞態的球霰石晶型,使垢樣軟化、在水中呈絮凝狀，不易在設備表面沉積粘附。

關鍵詞：水解聚馬來酸酐 阻垢劑  銅管沉積法  沉積抑制率

以多級閃蒸、低溫多效和壓汽蒸餾為主的熱法海水淡化工藝在世界范圍內應用廣泛，其換熱器表面成垢問題是影響海水淡化效率的關鍵因素，因而實際運行中大多采用阻垢技術來解決成垢問題。

隨著阻垢劑研究的不斷進步，曾廣泛應用于熱法海水淡化工藝的膦系配方阻垢劑逐漸出現了與環境的應用性問題，隨后出現了眾多性能優異的低膦、無膦阻垢劑，如聚天氡氨酸、聚環氧琥珀酸、水解聚馬來酸酐（HPMA），這些羧酸類綠色環保型阻垢劑也逐漸成為當今研究熱點。HPMA是一種典型多元羧酸類阻垢劑，具有熱穩定性高、無毒害作用、阻垢性能好等特點，在循環水冷卻、鍋爐和油田灌注領域被廣泛應用 。有文獻報道，摩爾質量在400~2000g/mol范圍內低相對分子質量HPMA能夠使垢樣軟化、阻垢性能較好，但熱法海水淡化中的應用報道較少，對使用垢樣形貌、粒度和晶相的影響研究更是鮮見報道。

國內評價藥劑的阻垢性能大多僅采用靜態阻垢劑，試驗條件不同，阻垢率也相差很大，針對熱法海水淡化需要設定其特定條件。為此，筆者合成了低相對分子質量HPMA，采用銅管沉積法模擬熱海水淡化過程，結合國標法評價了該阻垢劑的阻垢性能，采用SEM和XRD技術研究了HPMA對垢樣形貌和晶相的影響，分析了期對碳酸鈣結晶過程的影響。

1、實驗

1.1 主要試劑 

馬來酸酐、過氧化苯甲酰、鄰苯二甲酸二甲酯，分析純，成都科龍化工廠；甲苯，分析純，上海凌峰化學試劑有限公司；甲乙酮，分析純，南京化學試劑有限公司。

1.2合成方法
     稱取適量馬來酸酐置于多口瓶中，加入一定量甲苯升溫溶解；稱取一定量過氧化苯甲酰，用適量鄰苯二甲酸二甲酯調成糊狀后溶于甲苯，然后加入到多口燒瓶中升溫至溫度，恒溫反應5h，得到棕褐色溫沉淀聚馬來酸酐（PMA）。反應完成后去除上層溶劑，加入適量甲乙酮溶解，然后將溶于甲乙酮的PMA在攪拌下倒入甲苯溶解中，沉淀PMA，抽濾。真空室溫干燥得到PMA粉末，稱取一定量的PMA于燒杯 中，加入適量蒸餾水，在一定溫度下恒溫攪拌制得HPMA。

1.3分析方法
   采用凝膠滲透色譜（美國安捷侖公司AGILENT1100）分析產物相對分子質量；采用掃描電子顯微鏡（日本電子株式會社公司JEOLJSM-6380LV型）對國標法和銅管沉積法得到的垢樣進行微觀形貌觀察；采用X射錢衍射儀（德國BRUKER公司8D-ADVANCE型）對垢樣的晶相組成進行分析，Cu靶K，掃描范圍20-80.

1.4 阻垢性能評價

1.4.1 國標法

參考GB/T 16632-2008 水處理阻垢性能的測定，采用碳酸鈣沉積法對HPMA阻垢性能進行評價。

1.4.2 銅管沉積法

   熱法海水淡化的工況條件與國標法中實驗條件相差很大，筆者嘗試在濃縮海水的條件下進行銅管沉積試驗，研究接近熱法海水淡化的工況條件下的阻垢性能，具體操作如下：

  按美國海水標準配制兩倍模擬海水，其中HCO的離子嘗試按5倍量標準配制。試驗用銅管型號為HA-77-2,壁厚0.75mm。直徑19mm。試驗前將長度為20mm的銅管用去離子水沖洗干凈并室溫晾干。取已配制好的海水150ml于150ml三角瓶中，加入一定量阻垢劑配制成一定質量常量的溶液，將預處理好的銅管稱重，然后平放于三角瓶低部。用插有0.4m左右長玻璃管的橡膠塞將三角瓶塞緊，置于90度恒溫水浴中5h，然后取出銅管室溫涼干稱重，同時做空白試驗。用沉積抵制率來表示阻垢劑的阻垢性能.

2 結果與討論

2.1 產物相對分子質量分布

   HPMA的相對分子質量分布。PMA的相對分子質量分布在240-1700之間，主要分布在240-900，最可幾分布集中中430左右。統計結果顯示，平均相對分子質量是526.按照一分子的馬來酸酐水解后增加一分子的水計算，HPMA的平均相對分子質量為625.

2.2國標法性能評介、垢樣形貌及晶相分析

   采用國標法對HPMA阻垢性能進行了評價，結果顯示當阻垢劑用量在2-6mg/l時，阻垢率增加明顯，而在6-15mg/l時，阻垢劑變化不顯著，基本維持在70%-75%。說明HPMA具有小劑量效應，即在很小用量下也能有比較高的鈣溶限。

文章來源：百度文庫