一种低磷缓释剂PBTCA 的研发与应用

岳 红

（枣庄职业学院，山东 枣庄 277800）

引言

PBTCA 又称2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸，分子式的写法是C7H11O9P，是一种五元有机酸[1]。它具有较好的抗氧化性能，耐腐蚀性，且可以耐高温。原因是由于其分子是不含碳-氮键的，而且含有羧基和膦酸[2]。

PBTCA 是一种低毒水处理使用药剂，它具有良好的性质与性能，比如是具有分散和延缓腐蚀，更低含量的磷元素包含[3]。它在水中可以和金属离子进行螯合，防止堵塞，减缓金属腐蚀。这样便更加普遍的应用于水处理产业中，而伴随市场逐渐扩大，经济持续发展，PBTCA 的使用愈加广泛。这样就急需一种效率高的方法和手段来进行批量生产[4-5]。

目前PBTCA 的合成工艺一般是高温蒸汽自催化水解，但是也具有一定的弊端，比如水解时间过长，产品质量不安稳，易造成浪费时间与资源的情况出现，或者进行盐酸催化腐蚀设备，造成污染与浪费[6]。因此有害气体去除，清洁与控制，替代传统方法从而解决实际问题，使工业生产更加稳定、环保、高效。PBTCA 应用市场广泛，可以更好的发挥清洁效果。具有良好的效能效用[7-11]。因此研究PBTCA 的发展与优化在工业生产和保护环境具有重大的意义。

1 实验方法

首先，用相同摩尔比的马来酸二甲酯和亚磷酸二甲酯混合均匀，倒入四口烧瓶中，然后加入适量的甲醇钠溶液，反应一定时间，大概2 h 左右，然后将反应后的产物和丙烯酸甲酯混匀然后在倒入四口烧瓶中，在加入同样摩尔量的甲醇钠溶液，继续反应大约6 h～7 h 即可得到PBTCA。后续进行烘干，保存的过程保持无菌，以维护产物的活性性状。

2 研究意义

气体脱硫剂可以分成干法和湿法，其中硫化氢气体可以被特定药剂吸收，并将硫离子氧化，进行PBTCA 作为脱硫催化剂配剂。干熄焦锅炉通常吸收热量利用循环氮气用于加热锅炉。而PBTCA 用作炉水处理剂。不过炉水处理剂的使用也有一定的说法，就是它需要使用一些无机盐来调节其酸碱度和离子含量。这样可以有效减少沉淀，使其进行更好的处理污水，不过如果它的反应条件不稳，调节不是很便捷，它会形成酸碱度不平稳和腐蚀性强，损害炉子。

PBTCA 可以在水中与多种金属离子进行螯合作用这样可以防止生成难溶沉淀物，会造成管道堵塞影响使用效果。不仅如此，还可以在碳钢表面溶解氧形成沉淀膜，起到延缓的侵蚀作用。而且无论介质状态是否恰当他都可以很好的起到效果。对PBTCA 的利用可以使稳定安全，毒性不高，对人体和环境较少的危害。

红外分析方法是将干燥溴化钠粉末使用压力机压成薄片，并将产物液体滴入并进行红外扫描，在观察碳谱形态，进行去偶加脉冲激光，观察并从而确定化学结构形态。

3 生产与应用

对锅炉指标而言，使用安全和寿命长短是较为重要的。通过研究应用，发现其在以下几方面的应用效果突出：首先，使PBTCA 作为催化剂脱硫，铁离子就会损失减少，能耗也降低，提升了效率。而进行炉水处理时，水质改善较为明显，排污效果增强，提高水质量和锅炉热效率，使设备较少腐蚀到。而进行其他方面应用时，其功效效能，使用效果得到明显改善与提高。

在酯化反应中，首先需要伴随碱金属氧化物进行亲核反应，然后下一步进行米歇尔反应加成。从而进行PBTCA 的合成，这属于一种有机反应，放热进行，促进正向反应进程，是其合成与开发的关键步骤。

自动化合成进行，然后使物质中的反应物持续进行，且改进反应方式，进行可逆反应然后合成，是具有好的改善的比如：提升效率，减少时间浪费，减少用人成本浪费，相比人工复杂程序，自动化生产提高工作效率和准确率，且使产品稳定，更加安全方便。在我国各个领域的应用中，交通，生产，以及金属炼钢产业的清洁步骤中，早期出现了以油溶油的原理，而这样是不能避免使用不太安全的汽油柴油等工业用油，易燃易爆，是非常危险的，同时也消耗不可再生能源，既不环保也不经济。而当时在国外例如，荷兰日本，美国英国，是具有表活性化学洗剂的，这样的金属清洗剂是比油类更加经济实惠且安全的。

随后进行规模生产，批量进行使用更为普遍。而现在的理念是绿色高效环保，应用广泛，而到了近期高效的化学清洗剂开始逐渐引用于国内，后来也因为种种原因限制，节能环保的清洁能源开始多项发展，

且随着运输与交通的便捷，这样也可以进行较快较好的发展，在当今时代越来越离不开化学试剂的使用，这个行业与趋势是非常具有发展前景的，但是不可避免地问题就是我国是近期才慢慢接收新生事物与进行追赶世界发展速度的。而与其他强国相比缺少了时间的积淀，所以我们相对而言没有更为核心的技术，而且也同时更为依赖进出口，而依据这样的情况我国陆续出台了一些政策和支持化学事业的发展。

目前我国内情况是属于不太先进，技术发展有限，又进行规模生产资源有限，因此技术一直得不到大幅度提升，遇到瓶颈。因此我们需要投入精力与时间进行创新人才发展，向更为先进的领域冲击。

然而综合实际情况时，是不好出现同时满足清洗率高、乳化好、性能较好的表面活性剂，影响清洗率的因素有很多，泡沫性能是会有所影响的，但是没有标准规律来参考。在工业内的需求是需要清洗率较高，成本低的表活清洗剂，为降低成本，所以优先选择浊点低的清洗剂。原因有以下方面：因为表面活性剂在浊点低的范围内使用效果好，而且浊点低可以减少能源损失，促进保护环境，而且还可以提高清洗效果。鉴于对配方的成本、对环境的影响、粘度的考虑，经多次调整。缓蚀剂在工业的现场应用中需要对作用效果进行评价，便于建立适宜的缓蚀剂的加注制度和缓蚀效果的评价标准。

在添加适量缓蚀剂时，金属可以有效防止腐蚀过程快速进行，而隔离保护使该过程加长。缓蚀剂具有操作简单、效果明显的优点，所以被广泛应用于工业生产过程。不仅用于日化工业生产，同时还应用于高端领域如航空航天产业、汽车行业等使用缓蚀技术以求更大程度地改善产品的内在质量或提高工业生产效率。而金属腐蚀过程由成群腐蚀到精细腐蚀，过程更加精简和繁琐，缓蚀过程逐渐演化成相对成熟的过程。至今各类新型的缓蚀剂、新型的缓蚀技术都还在不断地被学者们挖掘。缓蚀剂具有很多种类，也具备不同的性质、作用、机理，缓蚀效果评价应用方法不应过于单一，需要进行多次测量比对从而统一成一种智能评价来测试缓蚀效果，使信息互补，相互验证得到相对准确的评价。

Q235 钢是常见的低碳钢，钢铁在纯的中性或碱性水中氧化时会在钢铁表面形成两层氧化物。内层是紧密的Fe3O4层，外层是形成速度快但稳定性较差的Fe3O4层。PBTCA 含羧基较多，酸度较大，在使用的过程中，假如控制不当易适得其反，不仅不能起到缓蚀作用，反而还会加速腐蚀，通常也需要复配来协调PBTCA 的不足。

4 实际应用情况

PBTCA 具有良好的理化性能，所以具有非常广泛的应用前景。

比如他可以应用于脱硫试剂、炉水处理剂、金属清洗剂，以下为实际应用举例。

传统的炉水处理剂例如强碱作为处理和调节水质，存在一些短板和缺陷，也会效率低下，具有无法很好满足行业需求的特点。因此应该研究一种新型炉水处理剂。所以可以用作炉水处理剂：干熄焦锅炉通常利用循环氮气吸收高温焦炭中的热量，用于锅炉加热。锅炉炉水采用PBTCA 作为处理剂配剂之一。

在金属清洗剂中，可使用PBTCA 进行复配和改良。在化工生产领域内，传统酸洗试剂会造成设备易于腐蚀，甚至造成生命健康威胁，因此使用PBTCA 进行主要清洗剂成分，提高清洗效率，具有很多优势，在换热设备清洗中产生了很好的作用。

1）使用PBTCA 作为主要成分的络合铁催化剂，在脱硫过程中副盐生长极为缓慢，铁离子损失少，碱耗低，蒸汽消耗少，脱硫效率高。

2）PBTCA 作为有机缓蚀阻垢剂用于炉水处理，改善炉水水质明显，可降低排污率，提高水浓缩倍率，提高锅炉热效率，减缓设备腐蚀。

3）PBTCA 用作金属清洗剂时，因其低磷、不含氯、挥发性低、易降解等特性，效果较酸洗、有机氯洗要好。

5 结果与讨论

水解反应受到诸多因素的影响，因此采用控制变量法探究温度压力对反应的影响，得出结果如下：压力随温度升高，且在反应时间相同时，PBTCA 产量更多在升温时。同时含有膦酸（—PO3H2）和羧酸基（—COOH）基团，其化学稳定性较好，耐酸、碱性能好。在产业行业的开发应用前景良好。鉴于PBTCA 的特殊化学性质，适宜在化工行业中进行研究及推广使用。