鍋爐阻垢劑的化學(xué)成分是什么？
懸賞分：20|
鍋爐阻垢劑的化學(xué)成分是什么？有哪些成分？
阻垢劑與分散劑
概述
阻垢劑、分散劑是循環(huán)水化學(xué)日常處理中一類占較大比重的化學(xué)藥劑。例如羥基亞乙基二膦酸（HEDP）和氨基三亞甲基膦酸（ATMP）等，都是由其分子中的部分官能團、通過靜電力吸附于致垢金屬鹽類正在形成的晶體（晶核）表面的活性點上，抑制晶體增長，從而使形成的許多晶體保持在微晶狀態(tài)，這等于增加了致垢金屬鹽類在水中的溶解度；與此同時，由于阻垢劑分子在晶體表面上的吸附，晶體即使增長，也只能畸形地增長，這就使晶體產(chǎn)生畸變?；兒蟮木w與金屬表面的粘附力減弱，因此不易沉積于金屬表面上；由于吸附于晶體表面上的官能團只是阻垢劑分子中的部分官能團，那些未參加吸附的官能團，就會對晶體呈現(xiàn)離子性，因電荷的排斥力增大而使晶體處于分散狀態(tài)。以上三種作用同時存在，使得在水中阻止相同量的致垢金屬鹽不在金屬表面結(jié)垢所需的阻垢劑的量，遠低于將同樣量的致垢金屬鹽螯合在水中使其不沉淀所需的螯合劑的量。這一現(xiàn)象，叫做“閾值效應(yīng)”（Threshold effect），也叫“低限量效應(yīng)”，或叫做“亞化學(xué)計量效應(yīng)”（sub-stoichiometry effect）。因此它們能分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶無機鹽在金屬設(shè)備表面的沉積、結(jié)垢，維持金屬設(shè)備有良好的傳熱效果，保證生產(chǎn)正常進行。阻垢劑主要包括一些天然分散劑、膦酸、膦羧酸及膦磺酸和高分子聚合物等，而目前使用的絕大多數(shù)阻垢分散劑是高分子聚合物。
水處理中最早得到應(yīng)用的阻垢劑大約要算聚合磷酸鹽。聚合磷酸鹽除具有阻垢作用外，還兼具緩蝕作用。但其缺點是易水解為正磷酸鹽，如果控制失當(dāng)，會使本來不太嚴重的碳酸鈣垢問題轉(zhuǎn)變?yōu)槭謬乐氐牧姿徕}垢問題。20世紀60年代有機磷酸（鹽）阻垢劑的問世，表明水中碳酸鈣的阻垢技術(shù)取得了突破性的進展。也使循環(huán)冷卻水的超低鉻處理配方得以應(yīng)用。這種超低鉻配方在7.5-8.5的pH值范圍內(nèi)使用。高pH值的運用使得對用于緩蝕的鉻酸根量的要求從傳統(tǒng)鉻-磷-鋅配方的15-25mg/L降至5-10mg/L，大大減輕了對環(huán)境的不利影響。之所以能這樣做，是因為有機膦酸（鹽）阻垢劑的應(yīng)用，使水中致垢鹽碳酸鈣在金屬表面的陰極區(qū)得到有控制的沉積。這種有控制地沉積的碳酸鈣，起到了陰極緩蝕劑的作用。有機膦酸（鹽）阻垢劑的應(yīng)用，也使經(jīng)典的循環(huán)冷卻水聚磷酸鹽-有機膦酸（鹽）-聚丙烯酸（鹽）這一磷系堿性處理配方得到廣泛應(yīng)用。而使磷系堿性處理配方得到進一步完善，則應(yīng)歸功于阻磷酸鈣垢共聚物阻垢劑的問世。像丙烯酸/丙烯酸甲酯二元共聚物、丙烯酸/丙烯酸羥丙酯/丙烯酸甲酯三元共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸/次磷酸三元共聚物等，都是為阻磷酸鈣垢而研制的。如果說，時至今日，碳酸鈣垢和磷酸鈣垢已經(jīng)有了特效阻垢劑的話，對于硅酸鎂鈣、氫氧化鐵垢、氫氧化鋅垢、硫酸鈣垢和硫酸鋇垢，則還沒有那么有特效的阻垢劑，盡管已許多藥劑分別對這些垢類顯現(xiàn)出阻垢效果。
目前對阻垢、分散劑的研究集中于對各種共聚物的研制上。而且正在朝制備一劑多能的水處理劑的方向發(fā)展。另外，近年來對環(huán)保型阻垢劑的開發(fā)，為保護環(huán)境和水資源不受污染作出了貢獻。
天然高分子
天然阻垢劑是較早被使用的一類水處理阻垢劑。一般是由天然產(chǎn)物經(jīng)進一步加工制成。近來這一類的阻垢劑產(chǎn)品的效果不如新型的有機產(chǎn)品，但因其一般沒有毒性，所以仍然在部分水處理劑系統(tǒng)中有著應(yīng)用。
1.1 木質(zhì)素磺酸鈉
別名 木素磺酸鈉，木鈉，亞硫酸鹽木質(zhì)素，MN型減水劑
分子式 典型軟木磺酸鹽 C9H8.5O2.5(OCH3)0.85(SO3H)0.4
分子量 5000-100000
1）物化性質(zhì) 由生產(chǎn)原料不同分為軟漿和硬漿。目前應(yīng)用較廣的是軟木木質(zhì)素。木質(zhì)素磺酸鹽又稱亞硫酸鹽木質(zhì)素，分子量不同，結(jié)構(gòu)也不盡相同，是具有多分散性的不均勻陰離子聚電解質(zhì)。固體產(chǎn)品為棕色自由流動的粉狀物，易溶于水，易吸潮?？扇苡谌魏斡捕鹊乃校⒉皇躳H值變化的影響，但不溶于乙醇、丙酮及其他普通的有機溶劑。水溶液中化學(xué)穩(wěn)定性好。具有良好的擴散性能和耐熱穩(wěn)定性。水溶液為棕色至黑色，有膠體特性，溶液的粘度隨濃度的增加而升高。木質(zhì)素磺酸鹽對降低液體間界面表面張力的作用很小，而且不能減小水的表面張力或形成膠束，其分散作用主要依靠基質(zhì)的吸附---脫吸和電荷的生成。
2）技術(shù)指標 見下表
木質(zhì)素磺酸鈉國內(nèi)參考規(guī)格
指標名稱 指標 指標名稱 指標
外觀 黃褐色或棕色固體 水不溶物/% ≤0.4
水分/% 7 總還原物/% ≤3
鈣鎂總量/% ≤0.6 pH值 9.0-9.5
硫酸鈉/% ≤3
3）毒性及防護 木質(zhì)素磺酸鹽無毒、LD50＞5g/kg。美國食品及藥物管理局業(yè)已批準允許在各種食品和食品包裝的制造和加工過程中使用此產(chǎn)品。
4）用途 木質(zhì)素磺酸鈉：其結(jié)構(gòu)單元上含有酚羥基和羧基，能生成不溶性的蛋白質(zhì)絡(luò)合物，用來控制懸浮物和鐵垢，具有分散能力。是一種分散劑和整合劑，也是一種緩蝕劑。在循環(huán)水處理劑中，利用本產(chǎn)品與鋅的絡(luò)合作用，使水中的鋅得以儲備，以不斷地提供一定量的鋅離子，抑制水系統(tǒng)的腐蝕，用它與多元醇磷酸酯和鋅復(fù)配成復(fù)合劑。在鍋爐水中作分散阻垢劑，其熱穩(wěn)定性好，甚至在250℃下仍然保持良好的分散性能。它在水中分散含水氧化物和有機污垢方面也很有效。木質(zhì)素磺酸鈉具有分散、粘合、絡(luò)合與乳化。穩(wěn)定作用，可廣泛地用于各種行業(yè)中。
但是，它的最大缺點是組成不穩(wěn)定，性能常常會有波動，高溫、高壓下易分解，對現(xiàn)代化的水處理很不利。但由于它來源方便、價格低廉、無污染等優(yōu)點，仍少量用于循環(huán)冷卻水處理劑復(fù)合配方中。如美國納爾科公司N-7350、N-4324水處理用藥劑組分中均有本品。
5）使用方法 一般由水處理廠家根據(jù)配方需要直接復(fù)合在復(fù)合水處理劑商品中。
1.2 單寧
別名 單寧酸，鞣酸，沒食子鞣酸，鞣質(zhì)
分子式 C76H52O46
分子量 1701.22
1）物化性質(zhì) 單寧實際上是一個籠統(tǒng)的名稱，是指由五倍子酸、間苯二酚、間苯三酚和其他酚衍生物組成的復(fù)雜混合物，常與糖類共存。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為：1）水解類單寧，指含有酯鍵和配糖鍵的單寧。在酸和酶的作用下易水解。2）縮合類單寧，所有芳香核以碳鍵相連。在強酸和強氧化劑的作用下，分子間可以縮合。單寧為淡黃色無定形粉末或疏散有光澤的鱗片狀或海綿狀固體，暴露于空氣中能變黑。無臭，有強烈的澀味，呈酸性。可燃。在100g水內(nèi)的溶解度為300g，也溶于乙醇、丙酮，難溶于苯、氯仿、二硫化碳、四氯化碳、乙醚及石油醚等。210℃開始熔融并大部分分解為焦性沒食子酸和二氧化碳。閃點198.9℃。自燃點526.7℃。在水溶液中可以用強酸或鹽（NaCl、Na2SO4、KCl）使之沉淀。在堿液中，易被空氣氧化使溶液呈深藍色。單寧為還原劑，能與白蛋白、淀粉、明膠和大多數(shù)生物堿反應(yīng)生成不溶物沉淀。單寧暴露于空氣和陽光下易氧化，色澤變暗并吸潮結(jié)塊，因此應(yīng)密封、避光保存。
2）技術(shù)指標 見下表
GB5308-85（工業(yè)單寧酸）
指標名稱 一級品 二級品 三級品
外觀 淡黃色至淺棕色無定型粉末
單寧酸（干基計）含量/% ≥81.0 ≥78.0 ≥75.0
干燥失重/% ≤9.0 ≤9.0 ≤9.0
水不溶物/% ≤0.6 ≤0.8 ≤1.0
總顏色 ≤2.0 ≤3.0 ≤4.0
3）毒性及防護 低毒，小鼠經(jīng)口LD50為6000mg/kg。
4）用途 主要用于醫(yī)藥、墨水、印染、皮革、橡膠和冶金等工業(yè)以及水處理中。單寧在水處理過程中，具有絮凝、脫氧、緩蝕、阻垢和殺菌作用。在循環(huán)冷卻水處理中是一種分散劑。由于它含有大量的羥基和部分水解后所產(chǎn)生的羧基，因此它具有和Fe3+、Ca2+、Mg2+等多種金屬離子絡(luò)合的功能，起到分散作用。此外，單寧可防止溶解氧對陰極去極化作用，或者在金屬表面與鐵離子或氧化鐵反應(yīng)生成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不透性保護膜，因此能抑制鐵的腐蝕。此外，利用單寧在酸性介質(zhì)中易吸氧，可較好地防止鍋爐氧腐蝕?？珊弯\鹽配合應(yīng)用于循環(huán)水處理中。此外，單寧對水中硫酸鹽還原菌有一定的殺滅作用。
5）使用方法
a. 在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中作阻垢分散劑時，適宜的pH值范圍在6-8，濃度為50mg/L左右。
b.在鍋爐中用作除氧劑時，推薦pH值為11左右。在pH值為11時，單寧和肼或亞硫酸鈉一樣，具有較好的脫氧能力。可抑制碳鋼的腐蝕，緩蝕率可高達97%。
概述
阻垢劑、分散劑是循環(huán)水化學(xué)日常處理中一類占較大比重的化學(xué)藥劑。例如羥基亞乙基二膦酸（HEDP）和氨基三亞甲基膦酸（ATMP）等，都是由其分子中的部分官能團、通過靜電力吸附于致垢金屬鹽類正在形成的晶體（晶核）表面的活性點上，抑制晶體增長，從而使形成的許多晶體保持在微晶狀態(tài)，這等于增加了致垢金屬鹽類在水中的溶解度；與此同時，由于阻垢劑分子在晶體表面上的吸附，晶體即使增長，也只能畸形地增長，這就使晶體產(chǎn)生畸變?；兒蟮木w與金屬表面的粘附力減弱，因此不易沉積于金屬表面上；由于吸附于晶體表面上的官能團只是阻垢劑分子中的部分官能團，那些未參加吸附的官能團，就會對晶體呈現(xiàn)離子性，因電荷的排斥力增大而使晶體處于分散狀態(tài)。以上三種作用同時存在，使得在水中阻止相同量的致垢金屬鹽不在金屬表面結(jié)垢所需的阻垢劑的量，遠低于將同樣量的致垢金屬鹽螯合在水中使其不沉淀所需的螯合劑的量。這一現(xiàn)象，叫做“閾值效應(yīng)”（Threshold effect），也叫“低限量效應(yīng)”，或叫做“亞化學(xué)計量效應(yīng)”（sub-stoichiometry effect）。因此它們能分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶無機鹽在金屬設(shè)備表面的沉積、結(jié)垢，維持金屬設(shè)備有良好的傳熱效果，保證生產(chǎn)正常進行。阻垢劑主要包括一些天然分散劑、膦酸、膦羧酸及膦磺酸和高分子聚合物等，而目前使用的絕大多數(shù)阻垢分散劑是高分子聚合物。
水處理中最早得到應(yīng)用的阻垢劑大約要算聚合磷酸鹽。聚合磷酸鹽除具有阻垢作用外，還兼具緩蝕作用。但其缺點是易水解為正磷酸鹽，如果控制失當(dāng)，會使本來不太嚴重的碳酸鈣垢問題轉(zhuǎn)變?yōu)槭謬乐氐牧姿徕}垢問題。20世紀60年代有機磷酸（鹽）阻垢劑的問世，表明水中碳酸鈣的阻垢技術(shù)取得了突破性的進展。也使循環(huán)冷卻水的超低鉻處理配方得以應(yīng)用。這種超低鉻配方在7.5-8.5的pH值范圍內(nèi)使用。高pH值的運用使得對用于緩蝕的鉻酸根量的要求從傳統(tǒng)鉻-磷-鋅配方的15-25mg/L降至5-10mg/L，大大減輕了對環(huán)境的不利影響。之所以能這樣做，是因為有機膦酸（鹽）阻垢劑的應(yīng)用，使水中致垢鹽碳酸鈣在金屬表面的陰極區(qū)得到有控制的沉積。這種有控制地沉積的碳酸鈣，起到了陰極緩蝕劑的作用。有機膦酸（鹽）阻垢劑的應(yīng)用，也使經(jīng)典的循環(huán)冷卻水聚磷酸鹽-有機膦酸（鹽）-聚丙烯酸（鹽）這一磷系堿性處理配方得到廣泛應(yīng)用。而使磷系堿性處理配方得到進一步完善，則應(yīng)歸功于阻磷酸鈣垢共聚物阻垢劑的問世。像丙烯酸/丙烯酸甲酯二元共聚物、丙烯酸/丙烯酸羥丙酯/丙烯酸甲酯三元共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸/次磷酸三元共聚物等，都是為阻磷酸鈣垢而研制的。如果說，時至今日，碳酸鈣垢和磷酸鈣垢已經(jīng)有了特效阻垢劑的話，對于硅酸鎂鈣、氫氧化鐵垢、氫氧化鋅垢、硫酸鈣垢和硫酸鋇垢，則還沒有那么有特效的阻垢劑，盡管已許多藥劑分別對這些垢類顯現(xiàn)出阻垢效果。
目前對阻垢、分散劑的研究集中于對各種共聚物的研制上。而且正在朝制備一劑多能的水處理劑的方向發(fā)展。另外，近年來對環(huán)保型阻垢劑的開發(fā)，為保護環(huán)境和水資源不受污染作出了貢獻。
天然高分子
天然阻垢劑是較早被使用的一類水處理阻垢劑。一般是由天然產(chǎn)物經(jīng)進一步加工制成。近來這一類的阻垢劑產(chǎn)品的效果不如新型的有機產(chǎn)品，但因其一般沒有毒性，所以仍然在部分水處理劑系統(tǒng)中有著應(yīng)用。
1.1 木質(zhì)素磺酸鈉
別名 木素磺酸鈉，木鈉，亞硫酸鹽木質(zhì)素，MN型減水劑
分子式 典型軟木磺酸鹽 C9H8.5O2.5(OCH3)0.85(SO3H)0.4
分子量 5000-100000
1）物化性質(zhì) 由生產(chǎn)原料不同分為軟漿和硬漿。目前應(yīng)用較廣的是軟木木質(zhì)素。木質(zhì)素磺酸鹽又稱亞硫酸鹽木質(zhì)素，分子量不同，結(jié)構(gòu)也不盡相同，是具有多分散性的不均勻陰離子聚電解質(zhì)。固體產(chǎn)品為棕色自由流動的粉狀物，易溶于水，易吸潮?？扇苡谌魏斡捕鹊乃校⒉皇躳H值變化的影響，但不溶于乙醇、丙酮及其他普通的有機溶劑。水溶液中化學(xué)穩(wěn)定性好。具有良好的擴散性能和耐熱穩(wěn)定性。水溶液為棕色至黑色，有膠體特性，溶液的粘度隨濃度的增加而升高。木質(zhì)素磺酸鹽對降低液體間界面表面張力的作用很小，而且不能減小水的表面張力或形成膠束，其分散作用主要依靠基質(zhì)的吸附---脫吸和電荷的生成。
2）技術(shù)指標 見下表
木質(zhì)素磺酸鈉國內(nèi)參考規(guī)格
指標名稱 指標 指標名稱 指標
外觀 黃褐色或棕色固體 水不溶物/% ≤0.4
水分/% 7 總還原物/% ≤3
鈣鎂總量/% ≤0.6 pH值 9.0-9.5
硫酸鈉/% ≤3
3）毒性及防護 木質(zhì)素磺酸鹽無毒、LD50＞5g/kg。美國食品及藥物管理局業(yè)已批準允許在各種食品和食品包裝的制造和加工過程中使用此產(chǎn)品。
4）用途 木質(zhì)素磺酸鈉：其結(jié)構(gòu)單元上含有酚羥基和羧基，能生成不溶性的蛋白質(zhì)絡(luò)合物，用來控制懸浮物和鐵垢，具有分散能力。是一種分散劑和整合劑，也是一種緩蝕劑。在循環(huán)水處理劑中，利用本產(chǎn)品與鋅的絡(luò)合作用，使水中的鋅得以儲備，以不斷地提供一定量的鋅離子，抑制水系統(tǒng)的腐蝕，用它與多元醇磷酸酯和鋅復(fù)配成復(fù)合劑。在鍋爐水中作分散阻垢劑，其熱穩(wěn)定性好，甚至在250℃下仍然保持良好的分散性能。它在水中分散含水氧化物和有機污垢方面也很有效。木質(zhì)素磺酸鈉具有分散、粘合、絡(luò)合與乳化。穩(wěn)定作用，可廣泛地用于各種行業(yè)中。
但是，它的最大缺點是組成不穩(wěn)定，性能常常會有波動，高溫、高壓下易分解，對現(xiàn)代化的水處理很不利。但由于它來源方便、價格低廉、無污染等優(yōu)點，仍少量用于循環(huán)冷卻水處理劑復(fù)合配方中。如美國納爾科公司N-7350、N-4324水處理用藥劑組分中均有本品。
5）使用方法 一般由水處理廠家根據(jù)配方需要直接復(fù)合在復(fù)合水處理劑商品中。
1.2 單寧
別名 單寧酸，鞣酸，沒食子鞣酸，鞣質(zhì)
分子式 C76H52O46
分子量 1701.22
1）物化性質(zhì) 單寧實際上是一個籠統(tǒng)的名稱，是指由五倍子酸、間苯二酚、間苯三酚和其他酚衍生物組成的復(fù)雜混合物，常與糖類共存。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為：1）水解類單寧，指含有酯鍵和配糖鍵的單寧。在酸和酶的作用下易水解。2）縮合類單寧，所有芳香核以碳鍵相連。在強酸和強氧化劑的作用下，分子間可以縮合。單寧為淡黃色無定形粉末或疏散有光澤的鱗片狀或海綿狀固體，暴露于空氣中能變黑。無臭，有強烈的澀味，呈酸性。可燃。在100g水內(nèi)的溶解度為300g，也溶于乙醇、丙酮，難溶于苯、氯仿、二硫化碳、四氯化碳、乙醚及石油醚等。210℃開始熔融并大部分分解為焦性沒食子酸和二氧化碳。閃點198.9℃。自燃點526.7℃。在水溶液中可以用強酸或鹽（NaCl、Na2SO4、KCl）使之沉淀。在堿液中，易被空氣氧化使溶液呈深藍色。單寧為還原劑，能與白蛋白、淀粉、明膠和大多數(shù)生物堿反應(yīng)生成不溶物沉淀。單寧暴露于空氣和陽光下易氧化，色澤變暗并吸潮結(jié)塊，因此應(yīng)密封、避光保存。
2）技術(shù)指標 見下表
GB5308-85（工業(yè)單寧酸）
指標名稱 一級品 二級品 三級品
外觀 淡黃色至淺棕色無定型粉末
單寧酸（干基計）含量/% ≥81.0 ≥78.0 ≥75.0
干燥失重/% ≤9.0 ≤9.0 ≤9.0
水不溶物/% ≤0.6 ≤0.8 ≤1.0
總顏色 ≤2.0 ≤3.0 ≤4.0
3）毒性及防護 低毒，小鼠經(jīng)口LD50為6000mg/kg。
4）用途 主要用于醫(yī)藥、墨水、印染、皮革、橡膠和冶金等工業(yè)以及水處理中。單寧在水處理過程中，具有絮凝、脫氧、緩蝕、阻垢和殺菌作用。在循環(huán)冷卻水處理中是一種分散劑。由于它含有大量的羥基和部分水解后所產(chǎn)生的羧基，因此它具有和Fe3+、Ca2+、Mg2+等多種金屬離子絡(luò)合的功能，起到分散作用。此外，單寧可防止溶解氧對陰極去極化作用，或者在金屬表面與鐵離子或氧化鐵反應(yīng)生成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不透性保護膜，因此能抑制鐵的腐蝕。此外，利用單寧在酸性介質(zhì)中易吸氧，可較好地防止鍋爐氧腐蝕?？珊弯\鹽配合應(yīng)用于循環(huán)水處理中。此外，單寧對水中硫酸鹽還原菌有一定的殺滅作用。
5）使用方法
a. 在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中作阻垢分散劑時，適宜的pH值范圍在6-8，濃度為50mg/L左右。
b.在鍋爐中用作除氧劑時，推薦pH值為11左右。在pH值為11時，單寧和肼或亞硫酸鈉一樣，具有較好的脫氧能力。可抑制碳鋼的腐蝕，緩蝕率可高達97%。
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