绿色缓蚀阻垢剂的研究及应用进展

张帆 杨晓拂 李芳芳

摘 要：循环水处理过程中磷系药剂的使用会导致水体富营养化，聚羧酸无磷聚合物自身难以降解且不环保，所以难以被广泛应用。结合当前水污染排放标准，加强无磷非氮开发，有利于促进水污染治理工作开展。基于此，文章就生物降解物质在缓释阻垢性物质方面的研究展开分析，并对其未来发展进行了探析，希望能促进绿色阻垢缓蚀剂向前发展。

关键词：缓蚀阻垢剂;绿色;研究;应用

在工业生产不断发展的当下，水资源短缺与污染等问题逐渐引起人们重视。工业用水系统当中，污垢身为其中的主要危害。国内关于水处理阻垢剂方面研究起源自上世纪70年代，在这些年的发展中，逐渐朝着天然聚合物及含磷聚合物等阻垢剂方向发展。传统聚合物费用与用药量较大;含磷阻垢剂难以全面抑制锌垢及磷酸钙等方面问题，再加上自身可以产生有机磷酸，所以环保部门对其使用提出了限制。在这一背景下，新型绿色阻垢剂逐渐成为人们研究的主要内容。

1 绿色阻垢缓蚀剂应用研究

随着人们环保意识的提升，对阻垢缓蚀剂在环境中的危害作用、水体富营养化及缓蚀成效等方面给出了新要求，当前聚天冬氨酸与环氧琥珀酸等生物绿色阻垢缓蚀剂研究逐渐成为人们关注的重点。

1.1 聚天冬氨酸

（PASP）聚天冬氨酸作为这几年来研发的一种新型阻垢剂，这种阻垢剂因其自身的环保性，因而逐渐成为全球研究的重点。自上世纪90年代，美国公司开始研究PASP，这一物质由最初的原料选择、制备一直到后续产品生产等阶段，都不会对环境造成破坏，且生物可降解性较好，在试验测定中，这一物质降解性能和葡萄糖十分相似。其中崔科等研究人员对PASA的生物降解性展开相关研究，实验表明，随着接种量的不同，PASA的降解速率也各不相同。另外，陶虎春等人員同过大量实验证明，PASA可以作为环境友好型物质。

PASA分子结构当中含有羧基与酰胺键，且具备阴离子型与中性型阻垢剂特征。PASA能将多价金属离子螯合，与此同时，还能更改钙盐结构，促使其变为软垢，且兼具良好阻垢性能。为了提高PASA阻垢性，研究人员借助不同路径对影响PASA的各项条件展开分析，同时找到了合适的应用条件。此外，也对其开展改性处理，便于提升该物质的环保与缓释阻垢性。为了使PASA阻垢性提升，经济成本不断下降，研究人员将PASA同衣康酸、丙烯酸及丙烯酸乙酯等物质进行复配，从而得出一种环保型PASA复配物。加上PASA的缓蚀性较强，能和多种离子反应构成螯合物，同时粘附在金属表面建立起保护膜，避免金属被腐蚀。另外，这一缓蚀剂在没有溶解氧的水内，可以避免二氧化碳腐蚀钢材料。

1.2 聚环氧琥珀酸

PESA身为非氮、无磷的有机化合物，同时具备缓蚀与阻垢效果，且生物降解性很好，可将其应用在高金属与碱的水系统中，是以绿色化学为基础，创建的一种绿色环保水处理阻垢剂。

当前，国内很多企业都能生产这一物质，与此同时，在研究这一产品性能期间，也发现硫酸钡、碳酸钙、氟化钙及硫酸钙等阻垢方面有一定的抑制效用，但是在锌离子稳定等方面效果较差。自上世纪90年代，美国最先研究出PESA。随后，日本和很多国家也研究出了PESA衍生物。国内熊荣春等人作为第一批研究PESA的人员，随着这部分人员的研究，后续国内逐渐加大PESA研究力度。PESA一般用顺丁烯二酸酐作为主要原料，借助环氧化及阴离子聚合反应构成。雷武等人员在合成PESA后，对其阻垢机理展开了详细研究。从实验中我们发现，PESA在碳酸钙成垢阶段，既有一定的分散效用，也能放缓垢粒生长速度，还具备较强的畸变能力，最终让钙垢逐渐消失。

在投药量不断增加过程中，PESA对硫酸钙垢缓蚀效果逐渐加强。仅仅应用PESA时，即便用量很少，也会对碳钢产生阻垢缓蚀效用。在PESA浓度不断增加的当下，碳钢腐蚀效率进一步降低。李猛等研究人员将NAOH当做引发剂构成聚环氧琥珀酸，并对其结垢碳酸钙性能进行了研究，从实验中我们发现，这种合成PESA的方法十分环保。

单独应用PESA缓蚀剂期间，并不能达到最佳性能效果，但可将其同其他缓蚀药剂复配使用，进而组成低磷阻垢缓蚀剂。结合当前关于PESA方面的研究，将其同无机、有机磷酸盐等复配后可以达到明显的阻垢缓蚀成效。

1.3 其他绿色环保缓蚀阻垢剂

国内外文献中就绿色缓蚀阻垢剂展开了详细报道，例如常见的烷基环氧羧酸盐、S-羧乙基硫代琥珀酸等。其中，CETSA是由初始原料丙烯腈与NaSH构成，接着再同无水马来酸酐反应，生成的CETSA生物降解性较好，且这一物质pH范围较宽，捕捉重金属能力较强，具备较强的分散性与保水性。该物质中的不同分子分别含有磺酸基与羧基，因此处理效果和传统磷系缓冲剂相比更加高效，且不会对环境产生较大影响。此外，从曾德芳等人员开展的实验中，我们发现，CETSA可以和不同金属离子作用，然后在金属表层建立起保护膜，便于对结垢和金属腐蚀情况进行合理抑制。

2 工业生产中绿色阻垢缓蚀剂应用

一直以来，很多绿色缓蚀阻垢剂在生产中都得到了广泛应用，且实际环保与经济效益明显。其中PASP主要是抑制二氧化碳腐蚀，早期主要在国外方面应用较多，从美国得来的试验数据显示，在采油管线腐蚀中加入3%的PASP，达到的钢缓蚀效果最佳;美国另外一所公司研发的PASP，能清洁并缓蚀生产装置，且取得的效果较为显著。

国内研究人员将ECH-337与ECH-337A应用到钢厂腐蚀性循环水内，调试运行半年后，发现系统中并没有明显的结垢情况出现。再者，因无磷处理方案的使用使得废水处理压力不断下降，处理成本逐渐降低。对比钢厂用到的磷系配方，这种物质的应用不仅具备缓蚀阻垢性，还具备较好的经济与环境效益。其中ECH-337 中的成本主要包含锌盐、聚羧酸盐等;ECH-337A中主要含有苯甲酸钠、PESA、葡萄糖酸钠。武汉市将ZH800WS应用到绿色环保水处理中，试验取得了明显成效，同时也为企业带来了一定收益。ZH800WS中包含荧光示踪剂、WLH-2 无磷缓蚀剂等成分。

李俊华等研究人员将水溶性季铵盐、聚天冬胺酸与局环氧琥珀酸等当做核心原料，复配出了BW-3。将这一物质应用到某采油联合站中，开展缓释阻垢试验，从实验结果中我们发现，这一物质具有较强的缓蚀性与阻垢性，在浓度测定范围中，该物质的缓蚀与阻垢效果和传统阻垢剂相比，取得的缓蚀效果更佳明显，更能符合实际生产需要。

3 绿色阻垢缓蚀剂发展前景

为了和当前可持续发展观相适应，水处理缓蚀阻垢剂逐渐朝着可降解、低磷、高效等方向发展，且逐渐成为行业发展的主要趋势。绿色缓蚀阻垢剂，需要先保证生产环节绿色化。生产期间将是其对人体及环境方面带来的危害，减少容积、原料等危害物质使用，在源头中防控污染，確保其与绿色发展观念相适应。一，分子结构设计方面，需要优先考虑活性强与易降解等元素，例如常见的酯基支链、羧基、合理插入氮、氧等元素。二，将天然产物和PASP当做重点原料，合成期间减少产物污染，便于提高原料利用率。三，更新生产工艺，提高生产过程重视，以便在技术更新与方案设计期间应用清洁生产工艺。

再者，确保应用过程绿色化。在新型环境缓蚀阻垢剂应用现场中，加强经验总结，针对含有亚硝酸盐、磷类等缓蚀剂而言，可以用绿色化物质来替代;再者，针对没有可以代替的处理剂，应加大治理方案研究，确保其和环境保护要求相符。

4 结语

综上所述，当前国内的绿色缓蚀阻垢剂主要源于国外，通过改变国外配方而来，品种缺少原创性。再加上很多新品种在工业生产中的应用效果有待进一步验证。绿色概念融贯在缓蚀阻垢剂产品不同环节，既要确保终端产品可降解、无毒无污染，还要确保产品从原料一直到生产期间都具备绿色化特征，以便实现真正的绿色节能环保，便于水污染治理工作全面高效开展。

参考文献：

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