新型亞甲基磷酸阻垢劑的合成與性能研究.pdf

1、隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快和人們生活水平的日益提高，城市工業(yè)生產(chǎn)和居民生活的用水量正在急劇增加，加之嚴(yán)重的水體污染，使原本已經(jīng)緊張的水資源供需矛盾更加突出和尖銳。加強(qiáng)工業(yè)循環(huán)冷卻水的設(shè)施建設(shè)與運(yùn)行管理，提高工業(yè)用水的循環(huán)利用率已迫在眉睫。由于水在循環(huán)冷卻過程中的不斷蒸發(fā)，使一些難溶鹽濃縮析出而產(chǎn)生結(jié)垢，從而造成換熱設(shè)備換熱效率降低、管道堵塞及垢下腐蝕，影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，通過投加化學(xué)阻垢藥劑來有效抑制設(shè)備結(jié)垢是近年來國(guó)內(nèi)外廣泛

2、采用的方法之一。磷系阻垢劑--有機(jī)膦酸類具有pH適用范圍寬、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、不易水解，同時(shí)有明顯的“協(xié)同效應(yīng)”和“溶限效應(yīng)”等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中得到廣泛應(yīng)用。但磷系阻垢劑存在含磷量較高，易引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化等問題，因此開發(fā)低磷或無磷的新型高效環(huán)境友好型綠色阻垢劑是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題。
　　 本文以N-(6-氨基己基)-1，6-己二胺與亞磷酸、甲醛為原料，遵循Mannich原理一步合成目標(biāo)產(chǎn)物N-(6

3、-氨基己基)-1，6-己二胺五亞甲基膦酸阻垢劑。運(yùn)用單因素分析法和正交試驗(yàn)法對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化，采用無水乙醇重結(jié)晶的方法對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行提純后，利用元素分析、紅外光譜分析和核磁共振譜分析等方法對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。同時(shí)，采用靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)法，以常用的有機(jī)膦阻垢劑1-羥基次乙基-1，1-二膦酸(HEDP)、氨基三亞甲基膦酸(ATMP)、乙二胺四亞甲基膦酸(EDTMP)、二乙烯三胺五亞甲基膦酸(DTPMP)作為對(duì)比藥劑，在相同水質(zhì)

4、和不同藥劑投加濃度條件下，分別對(duì)其單體和復(fù)配物進(jìn)行了碳酸鈣、硫酸鈣的阻垢性能試驗(yàn)研究，并輔助掃描電鏡法對(duì)其阻垢機(jī)理進(jìn)行了初步探討。同時(shí)，采用旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)法，以常用有機(jī)膦酸阻垢劑ATMP與EDTMP作對(duì)比藥劑，考察了其單體對(duì)碳鋼的緩蝕性能。
　　 結(jié)果表明：
　　 1)通過單因素篩選和正交試驗(yàn)，確定了目標(biāo)產(chǎn)物N-(6-氨基己基)-1，6-己二胺五亞甲基膦酸的最優(yōu)合成工藝條件為：(N-(6-氨基己基)-1，6-己二胺、亞

5、磷酸和甲醛溶液的摩爾比為1:5.0:5.5，滴加時(shí)間為1.5h，反應(yīng)溫度為115℃，反應(yīng)時(shí)間為2.0 h。通過氫氧化鈉反滴定法測(cè)定了目標(biāo)產(chǎn)物的活性物含量，其活性物含量為48.65％。
　　 2)N-(6-氨基己基)-1，6-己二胺五亞甲基膦酸對(duì)碳酸鈣和硫酸鈣均具有優(yōu)良的阻垢效果，并且明顯優(yōu)于其它同類有機(jī)膦阻垢劑。其單體阻垢率分別為86.53％和98.51％，復(fù)配物阻垢率分別為89.43％和99.73％。
　　 3)與常用

6、有機(jī)膦酸阻垢劑ATMP和DTPMP相比，從分子式來看，目標(biāo)產(chǎn)物N-(6-氨基己基)-1，6-己二胺五亞甲基膦酸中的磷含量(含磷質(zhì)量百分?jǐn)?shù))較低，僅為22.63％?？梢姡谙嗤囼?yàn)水樣和藥劑投加濃度條件時(shí)，投加目標(biāo)產(chǎn)物的水樣中磷含量最低，利于環(huán)保，同時(shí)，阻垢試驗(yàn)結(jié)果表明目標(biāo)產(chǎn)物的阻垢率明顯高于其他產(chǎn)品。因此，N-(6-氨基己基)-1，6-己二胺五亞甲基膦酸是一種低磷、高效的環(huán)保型有機(jī)膦酸阻垢劑。
　　 4)緩蝕性能試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)

7、N-(6-氨基己基)-1，6-己二胺五亞甲基膦酸單體投加濃度為20 mg/L時(shí)，腐蝕速率為0.0714 mm/a，緩蝕率為80％；當(dāng)濃度為30 mg/L時(shí)，腐蝕速率為0.0542 mm/a，緩蝕率為84.8％，均能達(dá)到國(guó)家相關(guān)規(guī)范中所規(guī)定的碳鋼腐蝕速率≤0.075 mm/a的要求。當(dāng)投加濃度超過30 mg/L時(shí)，其緩蝕率增長(zhǎng)不明顯。同時(shí)，在相同的試驗(yàn)水樣和藥劑投加濃度條件下，以ATMP和EDTMP作對(duì)比藥劑，目標(biāo)產(chǎn)物的緩蝕性能優(yōu)于ATM