（環(huán)境科學(xué)專業(yè)論文）新型水質(zhì)穩(wěn)定劑（daatmp）的合成及其緩蝕阻垢性能試驗(yàn)研究.pdf

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r an e w p h o s p h o n a t ec o r r o s i o na n ds c a l ei n h i b i t o r2 5 d i a m i n o a d i p i e a c i d n n n n 一t e t r a m e t h y l i d e n e p h o s p h o n i ca c i d d a a t m p w a sd e s i g n e da n d s y n t h e s i z e da c c o r d i n gt oo p t i m i z e dm o l e c u l es t r u c t u r et h e o r y i th a dc o l n l y t o nf e a t u r e a n dm o l e c u l es t r u c t u r eo fp h o s p h o n a t ea n d p h o s p h o n o p o l yc a r h o x y l i c a c i d c o r r o s i o na n ds c a l ei n h i b i t o r s f u r t h e r m o r e i td e c r e a s e da m i n oa c i ds t r u c t u r e s oi t s b i o d e g r a d a b i l i t yw a si m p r o v e d i tg a sr e p l a c ee x i s t m gp h o s p h o n a t ec o r r o s i o na n d s c a l ei n h i b i t o r s i tc a ns o l v eh i g hp h o s p h o n a t ec o n t e n ta n dh a r db i o d e g r a d a b i l i t yi n u s i n gp h o s p h o n a t e a n dp h o s p h o n o p o l y c a r b o x y l i c a c i dc o r r o s i o na n ds c a l e i n h i b i t o r s s oi ti sa c c o r d e dw i t ht h er e q u i r e m e n t so f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n i tc 姐 b ee x t e n s i v e l ya p p l i e di nc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e ra n dc h e m i c a lc l e a n i n gd r u g 2 5 d i a m i n o a d i p i ca c i d n n n n t e t r a m e t h y l i d e n e p h o s p h o n i ca c i d i s s y n t h e s i z e dt h r o u g ht h r e er e a c t i v es t e p sb yu s i i l ga d i p i ca c i d b r o m i n ea n dp h o s p h i t e r a wm a t e r i a li na c i d i cc o n d i t i o n t h ep r o d u c t d t m p w a sp u r i f i e d b y m u l t i t i m e sr e c r y s t a l l i z a t i o n m u l t i t i m e sd e h y d r a t e d d r i e di nv a c u u l u t h ec h a r a c t e r d a a t m pw a sc h a r a c t e r i z e db yi r m s n m r s p e c t r aa n de l e m e n ta n a l y s i s t h ea n t i s c a l i n gp r o p e r t yo fs y n t h e t i cp r o d u c tw a ss t u d i e db yu s i n gm e t h o do f b u b b l e t h ee f f e c to fs c a l ei n h i b i t o rc o n c e n t r a t i o n c a 2 p h a sw e l la sr e a c t i o n t i m eo nd a a t m p p e r f o r m a n c ew e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o w e d i nt h ec o n d i t i o n o f c 擴(kuò) 2 4 0 m g l s c a l i n gr e a c t i o nt i m e6 ha n dp h7 0 i n c r e a s e dd a a t m p c o n c e m r a t i o nc a na d ds c a l ei n h i b i t i n gp e r f o r m a n c e i nt h ew a t e rc o n d i t i o no f d a a t m ps c a l e i n h i b i t i n gp e r f o r m a n c e a l k a l e s c e n c ei sb e t t e rt h a na c i d i t y a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t t h eo p t i m a ls c a l ei n h i b i t i n gp e r f o r m a n c ec o n d i t i o ni s t h a t c a 2 1 2 0r n g l p h8 5 t e m p e r a t u r e6 0 d a a t m p5 m g l a n dt h eo p t i m a l s c a l ei n h i b i t i o nr a t i oc a nb eu pt o8 9 0 5 a r o t a r yh a n g e dw e i g h tl o s i n gm e t h o dw a su s e dt om e a s u r et h ea n t i c o r r o s i o n p r o p e r t i e so ft h es y n t h e t i cp r o d u c t si nd i f f e r e n td o s a g e s t h er e s u l ti n d i c a t e i nt h e s t i m u l a n tw a t e r q u a l i t y c a c l 2 h 2 07 3 5 m g l m g s 0 4 7 h 2 04 9 3 m g l n a c i 6 5 8 m g l n a h c 0 31 6 8m e l a n t i c o r r o s i o nr e a c t i o nt i m e7 2h 6 0 m g lo f d a a t m ps h o w sw e l le f f c c to f 鋤t i c o r r o s i o nr a t ef o ra 3c a r b o ns t e e la n d a n t i c o r r o s i o nr a t er e a c h7 2 2 8 i fi ti su s e di n p r e t r e a t m e n tf i l i i l1 0m g lo f d a a t m pi se n o u g ht or e a c haw e l le f f e c ta n da n t i c o r o s s i o nr a t i ob eu pt o9 0 f u r t h e r m o r e z n 2 g r e a t l ye n h a n c e dt h ea n t i e n r o s s i o ne f f e c to f d a a t m p w h e n i ti s u s e di np r e t r e a t m e n tf i l m 5 1 0m g lo f d a a t m ps h o wt h a ta n t i c o r o s s i o nr a t i ob e l l p t o9 0 k e yw o r d s 2 5 d i a m i n o a d i p i ca c i d n n n n t e t r a m e t h y l i d e n e p h o s p h o n i ca c i d d a a t m p c i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t 盯 c o r r o s i o na n ds c a l ei n h i b i t o r 1 1 1 獨(dú)創(chuàng)性聲明 獨(dú)創(chuàng)性聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在 導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究以及所取得的成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注 和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表的或撰寫過的研究成果 不包含 本人或其他用途使用過的成果 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 已在論文中作了明確的說明 并表示謝意 本學(xué)位論文成果是本人在廣東工業(yè)大學(xué)讀書期問在導(dǎo)師的指導(dǎo)下所取得的 論文成果歸廣東工業(yè)大學(xué)所有 申請(qǐng)學(xué)位與資料若有不實(shí)之處 本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任 特此聲明 指導(dǎo)教師簽字 去i 對(duì) 論文作者簽字 彳骼 二0 0 七年四月 第 章緒論 1 1 引言 第一章緒論 目前 世界性的水資源短缺和水質(zhì)的污染非但無緩和的趨勢(shì) 而且愈加嚴(yán)重 地球上可取用的淡水資源越來越少 己構(gòu)成為一個(gè)深刻的社會(huì)危機(jī) 全世界有 1 0 0 多個(gè)國家缺水 水資源的短缺已成為大多數(shù)國家發(fā)展的一個(gè)主要的制約因素 聯(lián)合國為此曾向全世界發(fā)出警告 水 不久將成為一個(gè)深刻的社會(huì)危機(jī) 石油 危機(jī)之后的下一個(gè)危機(jī)就是水 一場以綠色化學(xué)為基礎(chǔ)的綠色水處理技術(shù)革命 已經(jīng)成為二十一世紀(jì)水處理科學(xué)的學(xué)科前沿和水處理工業(yè)的重要方向0 1 我國是水資源短缺的國家 多年平均降水量僅相當(dāng)于全球平均值的8 0 比亞洲多年平均值7 4 0 m 還少近i o o m 全國多年平均水資源總量大約占全球的 6 加上降雨量在季節(jié)和地域上的分布不均勻 水源污染等 造成人 水 地 三者分布不協(xié)調(diào) 更加劇了供水的尖銳矛盾 1 為了滿足生產(chǎn)和生活的用水需求 人們大量地開采地下水 而地下水的過度開采 則會(huì)造成水位下降 水質(zhì)惡化 地面下沉 建筑物及管道遭破壞 沿海地區(qū)海水倒灌等嚴(yán)重現(xiàn)象 為了阻止這些 惡果的產(chǎn)生 行之有效的解決方法只有是盡可能地節(jié)約用水 提高水資源的利用 率 目前我國的節(jié)水水平還很低 水的循環(huán)利用也少 因此 可供挖掘的潛力還 是很大的 節(jié)約工業(yè)用水在節(jié)水問題上占主導(dǎo)地位 而要節(jié)約工業(yè)用水 首先要抓住節(jié) 約冷卻水這個(gè)大頭 因?yàn)槔鋮s水用量占工業(yè)用水的7 0 8 0 減少冷卻用水的主 要方法是 采用循環(huán)冷卻 將直流水改為循環(huán)冷卻水 提高冷卻水的利用率 提 高冷卻水的濃縮倍數(shù) 根據(jù)理論計(jì)算 隨著濃縮倍數(shù)的提高 補(bǔ)充水 排污水的 量將有大幅度降低 如表1 1 所示 表中e 為系統(tǒng)蒸發(fā)量 一般取總循環(huán)水量的 o 8 i 0 從表i i 可見 對(duì)于一個(gè)冷卻水系統(tǒng)而言 如果將直流水改為循環(huán) 水 并濃縮2 3 倍 那么其用水量將銳減至原來量的0 5 1 0 例如一個(gè)需用 冷卻水量為1 0 0 0 0m 3 h 的系統(tǒng) 如改為循環(huán)水 取濃縮倍數(shù)為2 則每小時(shí)只需 補(bǔ)充新鮮水2 0 0m 3 排污1 0 0m 3 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 表1 1 循環(huán)水濃縮倍數(shù)對(duì)補(bǔ)充水和捧污水的影響 t a b1 1t h ee 岱姐o f m u l t i p l ec o n c e n t r a t e dc i r c u l a t i o nw a t e rt oc o m p e n s a t o r yw a m ra n ds e w a g e 但是 用循環(huán)水取代直流水冷卻后 由于水中有害離子成倍增加 又從冷卻 塔中帶入大量溶解氧 塵土 孢子和細(xì)菌 使水質(zhì)變壞 以致給整個(gè)冷卻水系統(tǒng) 帶來了比采用直流水時(shí)嚴(yán)重褥多的腐蝕 結(jié)垢 菌藻和粘泥等闖題 起初 人們 只是采用一些簡單的辦法 如加酸調(diào)節(jié)p h 等來控制結(jié)垢 隨之 就出現(xiàn)了緩蝕 劑 阻垢劑 殺生劑 抗粘泥劑等一系列藥劑 通常采用的辦法有 使用化學(xué)藥 劑來消除及防止結(jié)垢 腐蝕和菌藻的滋生 主要包括用凝聚劑來除去水中的機(jī)械 雜質(zhì) 用阻垢劑來防止結(jié)垢 用緩蝕劑抑制腐蝕 用殺生劑阻止有害微生物的滋 生 用清洗劑去除銹渣 老垢 油污等 逐漸形成了 冷卻水化學(xué)處理技術(shù) 即 水質(zhì)穩(wěn)定 這一個(gè)領(lǐng)域 而所有用來減輕循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕 結(jié)垢 菌藻粘 泥等危害的藥劑一緩蝕劑 阻垢劑 殺生劑等都被統(tǒng)稱為 水處理化學(xué)藥劑 也即是 水質(zhì)穩(wěn)定劑 n 循環(huán)冷卻水處理技術(shù)在國外發(fā)展始于3 0 年代 我國的水處理技術(shù)是開始于 5 0 年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)化工技術(shù)而逐漸形成的 即從使用聚磷酸鹽水處理劑開始 的 從現(xiàn)代觀念出發(fā)的水處理技術(shù) 是在7 0 年代中期由引進(jìn)大化肥裝置的同時(shí) 引進(jìn)水處理技術(shù)的 當(dāng)時(shí)的技術(shù)主要是美國貝茲 b 盯z 公司的有機(jī)磷酸鹽 聚羧 2 第 章緒論 酸的中p h 值水處理技術(shù) 到8 0 年代中期 又從美國n a i c o 公司引進(jìn)了膦酸酯水 處理技術(shù) 后又從日本栗田公司引進(jìn)了t 2 2 5 堿性水處理配方 在此基礎(chǔ)上 我 國自行開發(fā)了國產(chǎn)化的水處理技術(shù)和水處理劑 應(yīng)用于大化肥 石油化工及其他 行業(yè)舊 為適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)和節(jié)約用水的要求 先進(jìn)的水質(zhì)穩(wěn)定劑也被不斷 地開發(fā)出來 近年來 水處理藥劑的發(fā)展向著低毒 無毒 適用于高濃縮倍數(shù)下 運(yùn)行和既具有緩蝕阻垢又具有分散絮凝的綜合功能方向發(fā)展忉 目前 水質(zhì)穩(wěn)定劑的種類很多 就其具有緩蝕阻垢作用而言 主要有 磷系 配方 聚合物系歹玎 鎢酸鹽 鉬酸鹽系列水質(zhì)穩(wěn)定嗣等嘲 磷系配方的水質(zhì)穩(wěn)定 劑是目前應(yīng)用最廣 技術(shù)發(fā)展最成熟的一種 它分為無機(jī)聚合磷酸鹽和有機(jī)膦系 列 無機(jī)磷系列由于會(huì)產(chǎn)生不可降解的含磷物質(zhì) 隨水體排入環(huán)境 會(huì)導(dǎo)致藻類 的過度繁殖 引起水體的富營養(yǎng)化 而使江河湖海受到污染 所以無機(jī)磷系列水 質(zhì)穩(wěn)定劑有逐漸被有機(jī)膦系列所取代的趨勢(shì) 因?yàn)橛袡C(jī)膦系列水處理劑產(chǎn)生的含 磷物質(zhì)大多都可被微生物所降解為不會(huì)引起水體污染的物質(zhì) 而且其用量極低通 常只需幾個(gè)m g l 就有很好的緩蝕 阻垢性能 聚合物系列也向著有多種綜合水 處理功能的方向發(fā)展 如聚丙烯酸 馬來酸酸酐 聚環(huán)氧琥珀酸等多元共聚物 它們一般都具有緩蝕 阻垢和分散等多種功能 而鎢鉬系列因使用劑量偏大 成 本高 目前未能開發(fā)出真正的工業(yè)產(chǎn)品 1 2 緩蝕和阻垢原理 1 2 1 緩蝕作用機(jī)理 1 2 1 1 金屬材料的腐蝕原理 1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬材料的腐蝕多屬于電化學(xué)腐蝕 任何金屬如碳鋼 含 有雜質(zhì)的鋅 銅等 均可構(gòu)成腐蝕電池 如果將這些材料浸在電解質(zhì)溶液中 腐 蝕電池的作用將使金屬材料腐蝕 電化學(xué)規(guī)定 發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子的電極為 陽極 發(fā)生還原反應(yīng)得到電子的電極為陰極 如銅一鋅電池由銅浸在c u s o 溶液和 鋅浸在z n s o 溶液中組成 用導(dǎo)線連接銅鋅兩極時(shí) 鋅極上發(fā)生的反應(yīng)為 z n z n 2 2 e 這是失去電子的氧化反應(yīng) 所以鋅是陽極 在銅極上發(fā)生的反應(yīng)為 3 廣東 業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 c u 2 e 一一c u 這是得到電子的還原反應(yīng) 所以銅是陰極 導(dǎo)致金屬材料腐蝕的 電池 一般地可劃分為異極電池 濃差電池 溫差電池 由不同材料的金屬或其它導(dǎo)體作為電池兩極的叫異極電池 如在冷卻水系統(tǒng) 中的碳鋼 鋁 銅和銅鎳合金等 這些金屬材料浸在含電解質(zhì)的水中 就在不同 金屬間 合金的不同成分間或金屬本體雜質(zhì)問構(gòu)成異極電池 此外 同一金屬應(yīng) 力不同的區(qū)域 相同組分的金屬材料間的分離相 如同一鋼材存在的奧氏體和鐵 素體 金屬加工過程晶體結(jié)構(gòu)的差異以及金屬表面的不連續(xù)的軋屑覆蓋層 都 會(huì)構(gòu)成局部的異極電池 一旦被含有電解質(zhì)的水潤濕 就使金屬材料腐蝕 濃差電池的兩極是相同的金屬材料 但接觸的電解質(zhì)濃度存在差別 引起兩 極的電位有差別而構(gòu)成的腐蝕電池叫做濃差電池 冷卻水系統(tǒng)中 由濃差電池引 起腐蝕的例子是很多的 最重要的一類叫做 差異充氣電池 例如 相同的鐵 電極浸在氯化鈉溶液中 其中一電極不斷地鼓泡送進(jìn)氧氣或空氣 另一電極周圍 鼓入氮?dú)鈦砻摮芤褐械难鯕?用導(dǎo)線連接兩電極 則有電流流動(dòng) 缺氧的電極 為陽極 受到腐蝕 充氧的電極為陰極 沒有腐蝕 在冷卻水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中存在 許多間隙和接縫 氧不容易擴(kuò)散到間隙的深處 因而與含氧接近飽和的多數(shù)區(qū)域 存在氧的濃度差 結(jié)果缺氧的間隙深處的金屬成為陽極 金屬溶解下來受到腐蝕 其他含氧高的區(qū)域的金屬則為陰極 o i l 與f e 在此處生成鐵銹 而鐵電極本身不 受腐蝕 在污垢及微生物群覆蓋下的區(qū)域缺氧易受到腐蝕 其余區(qū)域的氧濃度高 就不會(huì)受到腐蝕 差異充氣電池的電極反應(yīng)在溶解氧濃度高的地方發(fā)生如下反 應(yīng) 1 2 0 h o 2 e 一一2 0 r 此反應(yīng)為還原反應(yīng) 所以該處是電池的陰極 金屬不 受腐蝕 陰極反應(yīng)奪取了電子 使缺氧區(qū)域的金屬傾向于失去電子而變?yōu)殡x子進(jìn) 入溶液 電極為鐵時(shí)發(fā)生如下反應(yīng) f e f e 2 2 e 此反應(yīng)失去電子 為氧化 反應(yīng) 所以該處為陽極 金屬受腐蝕 溫差電池是指相同的金屬材料浸在起始濃度相同的電解質(zhì)中 如溫度不同 也會(huì)產(chǎn)生腐蝕電流 將兩銅片浸在濃度相同的硫酸銅溶液中 溫度較高處的銅片 為陰極 不受腐蝕 溫度較低處的銅片為陽極而被腐蝕 碳鋼在含氧的稀氯化鈉 溶液中 開始時(shí)是溫度較高處腐蝕 經(jīng)一段時(shí)間后 可能會(huì)由于極化而變?yōu)闇囟?較低處受到腐蝕 溫差腐蝕也發(fā)生在和冷卻水接觸的熱交換器上 但其影響遠(yuǎn)比 不上異極電池和濃差電池 腐蝕電池陽極與陰極的電位差 即電池的電動(dòng)勢(shì) 它是表明電池反應(yīng)的推動(dòng) 4 第章緒論 力的大小 由能斯特 n e r n s e t 方程可計(jì)算得到 能斯特 n e r n s e t 方程為 e e o 一 o 5 9 2 n l g o d 式中 e 一電池的電動(dòng)勢(shì) 釅 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電池的電動(dòng) 勢(shì) 由電池反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位計(jì)算得到 o 一反應(yīng)產(chǎn)物的活度積 d 一反應(yīng)物的 活度積 按能斯特 n e r n s e t 方程所計(jì)算出的電動(dòng)勢(shì)的正值越大 則電池反應(yīng)的 傾向越大 陽極受到的腐蝕傾向也就越大 如計(jì)算出來的是負(fù)值 與計(jì)算時(shí)的假 定正好相反 金屬電極的電極電位是從化學(xué)平衡理論導(dǎo)出的 腐蝕電池的電動(dòng)勢(shì)只能表明 腐蝕反應(yīng)的推動(dòng)力的大小 表明腐蝕的傾向 而不能反映出抗腐蝕的能力 也不 能表明腐蝕進(jìn)行的快慢 要了解上述兩因素就必須研究腐蝕電池的極化作用 由 于腐蝕電池的電動(dòng)勢(shì)是腐蝕反應(yīng)處于平衡時(shí)算出的 但腐蝕是在非平衡狀態(tài)下進(jìn) 行的 不論電池向外輸電或外電源向它輸電 金屬電極都不能保持平穩(wěn)狀態(tài) 而 會(huì)產(chǎn)生抵消使平衡改變的電位變化 這種由于電池輸出電流或向電池輸入電流引 起的電位變化叫做 極化作用 極化作用主要有 濃差極化 活化極化和電阻 極化等 腐蝕電池的電動(dòng)勢(shì)是腐蝕反應(yīng)的推動(dòng)力 腐蝕過程陰陽兩極產(chǎn)生的極化 作用和電解質(zhì)的電阻為腐蝕反應(yīng)的阻力 在多數(shù)情況下 內(nèi)電阻比極化作用對(duì)腐 蝕電流強(qiáng)度的影響要小得多 因此 極化作用往往是影響金屬材料腐蝕作用的主 要因素 如果腐蝕過程中極化作用主要發(fā)生在陽極 這種情況下的腐蝕叫陽極極 化控制 例如 鐵浸在鉻酸鹽溶液中 陽極表面生成一層保護(hù)膜 鉛在稀硫酸溶 液中 陽極表面生成一層硫酸鉛 防止腐蝕的進(jìn)行 可認(rèn)為是陽極極化控制 同 理 如極化作用主要發(fā)生在陰極 這種情況下的腐蝕稱為陰極極化控制 如鐵在 冷卻水中的腐蝕速度主要取決于陰極區(qū)發(fā)生的氧與水的反應(yīng) 硫酸中的鋅的腐蝕 也取決于陰極反應(yīng) 屬于陰極極化控制 如果陰陽兩極的極化作用差別不大時(shí) 該情況下的腐蝕叫做混合極化控制 一般來說 混合極化控制的結(jié)果使腐蝕率往 往比陰極或陽極極化控制要小些 另外 當(dāng)在電解質(zhì)的電阻很大 以至腐蝕電流 不是由陰陽兩極極化作用決定而是由電阻決定 此時(shí)的腐蝕叫做電阻控制 當(dāng)用 有微孔的涂料覆蓋金屬表面 此時(shí) 腐蝕電池的強(qiáng)度主要取決于電流流經(jīng)電解質(zhì) 和涂層微孔的阻力 可作為電阻控制的腐蝕實(shí)例 冷卻水系統(tǒng)金屬材料的防腐蝕 技術(shù)常使用各種方法達(dá)到陽極或陰極極化 或同時(shí)使用陰陽兩極極化 降低腐蝕 電流的強(qiáng)度 達(dá)到減小金屬腐蝕的目的 1 2 1 2 冷卻水中碳鋼的腐蝕原理和腐蝕影響因素 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 冷卻水中碳鋼的腐蝕原理o 碳鋼是指含碳不超過0 3 5 的鐵碳合金 其中往往加入錳和硅 還含有少量 的硫磷等雜質(zhì) 碳鋼價(jià)格低廉 加工和焊接性能良好 所以廣泛用于制造各種設(shè) 備 在冷卻水系統(tǒng)中碳鋼也是使用最多的金屬材料 輸水管線和許多熱交換器都 是用碳鋼制造的 隨著冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)的進(jìn)展 防腐蝕效果越來越好 碳鋼 的使用將更加普遍 但碳鋼的耐腐蝕性能在冷卻水系統(tǒng)常見的金屬材料中最差 因此 研究冷卻水中碳鋼腐蝕的影響因素和防腐方法 具有重要的意義 冷卻水中水和碳鋼接觸 陽極發(fā)生的腐蝕反應(yīng)為 f e f e 2 e 因腐蝕 電池的電動(dòng)勢(shì)的推動(dòng) 電子向陰極移動(dòng) 因碳鋼是良導(dǎo)體 所以電子是由碳鋼內(nèi) 部移到陰極去的 其陰極反應(yīng)為 1 2 0 h o 2 e 一一2 0 i r 此反應(yīng)產(chǎn)生的電子 引 起陽極溶解腐蝕 此外 氧還使f e o h 氧化 進(jìn)一步反 2f e 0 h 2 h 2 0 i 2 0 2 f e o h 產(chǎn)生f e 0 h 和f e o h 的混合物 而f e o h 和f e o h 的混合物 也不是致密的 它們疏松多孔 不能阻止氧和水與金屬表面接觸 因此 氧在陰 極的極化反應(yīng)能繼續(xù)發(fā)生 陽極的腐蝕也就繼續(xù)進(jìn)行了 黃銅是以銅和鋅為主要成分的合金 它以鋅為主要添加元素 根據(jù)化學(xué)成分 的不同又可以分為普通黃銅和特殊黃銅兩大類 普通黃銅是指簡單的銅 鋅合金 隨著黃銅中鋅含量的不同 銅鋅體系中可 以形成六種固溶體 常稱為相 用作凝汽器和低壓加熱器管材的普通黃銅材料 一般是a 相黃銅 普通黃銅具有一定的耐腐蝕性 但隨著鋅含量的增加 其發(fā)生 應(yīng)力腐蝕脆性破裂的傾向性明顯增大 鋅含量在2 0 9 6 以下的黃銅 在自然環(huán)境中 一般不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂 我國規(guī)定的普通黃銅的牌號(hào)是由字母h 加數(shù)字組 成 字母h 是黃銅的代號(hào) 其后的數(shù)字表示含銅量 如h 6 8 表示含銅量為6 8 鋅含量為3 2 普通黃銅 在普通黃銅中再加入少量的鋁 錳 錫 硅 鐵 鉛 砷等其他合金元素后 制成的黃銅稱為特殊黃銅 添加這些合金元素為的是提高黃銅的機(jī)械性能和耐腐 蝕性能 有的還可以增強(qiáng)耐磨性能 特殊黃銅的牌號(hào)命名是這樣規(guī)定的 代表黃 銅的字母h 后列出除鋅外的主要添加元素符號(hào) 接著是含銅量數(shù)字 最后標(biāo)出添 加元素的量 例如h a l 7 7 2 a 是指含銅7 7 9 6 鋅2 1 鋁2 的鋁黃銅 最后的 a 表示此材料加有微量的砷元素 如銅一鋅電池是由銅浸在c u s o 溶液和鋅浸在z n s o 溶液中組成 用導(dǎo)線連 6 第一章緒論 接銅鋅兩極時(shí) 鋅極上發(fā)生的反應(yīng)為 z n z n 2 2 e 一這是失去電子的氧化反應(yīng) 所以鋅是陽極 在銅極上發(fā)生的反應(yīng)為 c u 2 e 一c u 這是得到電子的還原 反應(yīng) 所以銅是陰極 導(dǎo)致金屬材料腐蝕的電池 材料的防腐蝕技術(shù)常使用各種 方法達(dá)到陽極或陰極極化 或同時(shí)使用陰陽兩極極化 降低腐蝕電流的強(qiáng)度 達(dá) 到減小金屬腐蝕的目的 2 影響腐蝕的因素 影響冷卻水中碳鋼的腐蝕因素很多 主要有 p h 值 溶解氧濃度 溫度 水中的鹽類 水的流速 碳鋼與其他金屬材料組成的電偶的電位差等 下面擇其 主要影響因素作簡要分析 p h 值的影響在中性或堿性水中 碳鋼腐蝕的陰極反應(yīng)為 1 4 0 2 l 2 h o e 一o i l 完全的腐蝕反應(yīng)為 f e h o l 2 如一f e o t o 據(jù)有關(guān)資 料所知 f e 0 h 飽和水的p h 值為9 5 腐蝕使鐵的表面生成一層f e 0 h 可以 認(rèn)為碳鋼表面的p h 值亦約為9 5 屬堿性范圍 當(dāng)水溫在2 0 左右時(shí) p h 值為6 1 0 或4 1 0 的范圍內(nèi) 碳鋼的腐蝕率保持平穩(wěn) 幾乎與p h 值無關(guān) 這是因?yàn)?f e o h 使碳鋼表面的p h 值保持在9 5 左右的緣故 這時(shí) 碳鋼的腐蝕速度只取 決于溶解氧擴(kuò)散通過f e 0 h 到達(dá)碳鋼表面的速度 在該試驗(yàn)條件下 碳鋼的腐 蝕率為1 2 m m a 冷卻水中碳鋼的腐蝕情況多和這種情況類似 當(dāng)p h 4 時(shí)的酸性 條件下 f e 0 h 溶解 碳鋼表面和水直接接觸 陰極反應(yīng)為 2 w 2 e 一h 2 2 h 1 2 0 z 2 e 一一h o 隨著p h 值的下降 h 濃度增加 陰極反應(yīng)速度增大 碳鋼的 腐蝕速度也直線上升 這時(shí)腐蝕速度取決于仉離開碳鋼表面的速度 水的p h 值 高于9 5 時(shí) 緊靠碳鋼表面的p h 值也隨之升高 在這種強(qiáng)堿性的條件下溶解氧 使碳鋼表面鈍化 所以碳鋼的腐蝕率隨之下降 溶解氧濃度的影響碳鋼在水中的腐蝕速度取決于溶解氧在陰極的極化 反應(yīng) 由于該反應(yīng)的速度很快 所以溶解氧的濃度決定碳鋼腐蝕速度 試驗(yàn)表明 常溫下 脫氧水中碳鋼的腐蝕率為零 因?yàn)殍F陽極腐蝕產(chǎn)生的f e 2 和電子積累而 迫使陽極反應(yīng)停止 隨著水中含氧量的增加 碳鋼的腐蝕率隨之增加 增加量與 含氧量成正比 另外 常溫下 在空氣飽和的水中 碳鋼起始腐蝕率可高達(dá)1 8 m m a 隨著碳鋼的表面形成f e o h 膜 對(duì)溶解氧的擴(kuò)散起阻礙作用 腐蝕率下降并穩(wěn) 定在1 2 m m a 左右 溫度的影響溫度升高能加快氧擴(kuò)散到碳鋼表面的速度 從而加速陰極 7 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 去極化反應(yīng)的速度 使碳鋼腐蝕加速 實(shí)驗(yàn)表明 常溫起到8 0 溫度每升高 1 5 3 0 碳鋼的腐蝕率就增加一倍 流速的影響中性水中 特別是存在氯化鈉時(shí) 水流速度的增加有利于 氧擴(kuò)散到碳鋼的表面 從而增加碳鋼的腐蝕速度 1 在靜止水水流中 熱交換 器的死角處也可以認(rèn)為是水流靜止的地方 靜止部分主要發(fā)生均勻腐蝕 與空 氣飽和的水接觸的碳鋼的腐蝕率約穩(wěn)定在1 2 m m a 靜止水接觸的碳鋼也發(fā)生點(diǎn) 蝕 點(diǎn)蝕與c 1 有較密切的關(guān)系 c l 濃度低且p h o 時(shí) 該條件下水中的鈣離子處于過飽和狀態(tài) 傾向于結(jié)垢析 出 l 值越大 結(jié)垢的傾向也越大 3 l o 時(shí) 鈣離子不飽和 因此 固體碳酸 鈣會(huì)溶解進(jìn)水中去 水有從金屬中攝取離子的傾向 即水具有腐蝕性 l 值越小 水所具有的腐蝕性越強(qiáng) 穩(wěn)定指數(shù)r 飽和指數(shù)l 指出了水中碳酸鈣析出的傾向 但不能指出碳 酸鈣可能析出的程度 r y z n a r 在飽和指數(shù)的基礎(chǔ)上提出的穩(wěn)定指數(shù)r 對(duì)描述碳 酸鈣的析出程度具有半定量的意義 r y z n a r 定義穩(wěn)定指數(shù)r 為 r 2 p h s 一p h 穩(wěn)定指數(shù)具有的意義是1 r 6 時(shí) 水中的c a c o 處于平衡狀態(tài) 不結(jié)垢也不腐蝕 2 r 7 5 8 0 出現(xiàn)腐蝕 r 越大 腐蝕的傾向越嚴(yán)重 飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)的應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng) 用中 可用飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)來判斷冷卻水腐蝕或結(jié)垢的一個(gè)指標(biāo) 但飽和指 第 章緒論 數(shù)和穩(wěn)定指數(shù) 沒有考慮腐蝕的電化學(xué)過程和結(jié)垢物質(zhì)的結(jié)晶過程 研究結(jié)垢問 題還應(yīng)從結(jié)垢物質(zhì)的結(jié)晶過程加以考慮 冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢物質(zhì)多為鹽類 這些鹽類在金屬表面析出水垢的過程可用 結(jié)晶過程來加以解釋 一般地 隨著冷卻水在系統(tǒng)中逐漸蒸發(fā)濃縮 水溶液進(jìn)而 達(dá)到飽和 但微溶物質(zhì)并非在達(dá)到飽和濃度時(shí)就開始結(jié)晶析出 而是在一定的過 飽和濃度下才結(jié)晶析出 過飽和濃度和飽和濃度之差值就是結(jié)晶的推動(dòng)力 冷卻 水中微溶物質(zhì)的結(jié)垢過程可以用圖1 1 來說明 冷卻水中的多數(shù)微溶物質(zhì) 如鈣 鎂離子的鹽類 的溶解度隨溫度的升高反而降低 當(dāng)微溶物質(zhì)的濃度低于飽和濃 度 處于點(diǎn)a 和a 時(shí) 結(jié)晶是不可能的 存在于水中的固態(tài)水垢還會(huì)溶解進(jìn)入水 中 點(diǎn)a 和a 所處的區(qū)域稱為穩(wěn)定區(qū) 為圖中溶解度線下方所示的區(qū)域 隨著水 的蒸發(fā) 點(diǎn)a 所表示的濃度增加 直至達(dá)到飽和而處于溶解度線上的點(diǎn)b 或者 由于溫度的升高使a 到達(dá)溶解度線上的b 這時(shí)溶液處于飽和 既不析出結(jié)晶 水中的固體也不再溶解 隨著蒸發(fā)的繼續(xù)進(jìn)行或溫度的繼續(xù)升高而到達(dá)點(diǎn)c 或c 時(shí) 溶液是過飽和溶液 但是 并非剛開始過飽和時(shí) 溶液就析出晶體 只有溶 液的過飽和程度足夠大 結(jié)晶的推動(dòng)力足夠大時(shí) 結(jié)晶才能自動(dòng)進(jìn)行 溶液開始 過飽和到晶體能自動(dòng)析出之間的區(qū)域稱為介穩(wěn)區(qū) 圖中為虛線和溶解度曲線之間 的區(qū)域 在介穩(wěn)區(qū)的溶液c 和c 結(jié)晶的推動(dòng)力不夠 結(jié)晶不能自動(dòng)進(jìn)行 但并 非不能析出晶體 如果往水中加入晶種或其他雜質(zhì)的微粒 會(huì)導(dǎo)出晶粒來 小晶 核在介穩(wěn)區(qū)也能夠長大 點(diǎn)c 的溶液濃度繼續(xù)增加而達(dá)到d 或點(diǎn)c 溶液的溫度 升高至d 析出晶體的推動(dòng)力已經(jīng)相當(dāng)大 結(jié)晶能自動(dòng)進(jìn)行 溶液的濃度一般就 開始下降了 這一區(qū)域稱為不穩(wěn)定區(qū) 圖中為虛線右上方所表示的區(qū)域 量度 圖1 1 溶解與結(jié)晶區(qū)域示意圖 f i g1 i d i f l l u e n e ea n dc r y s t a la r e a 一般說來 溶質(zhì)結(jié)晶析出的速度主要受溶液過飽和程度的影響 過飽和程度 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 大而且溫度高 溶液往往迅速析出數(shù)量十分驚人的晶核 晶核中按一定順序和結(jié) 構(gòu)排列著微溶物質(zhì)的離子 表面的離子具有過剩能量 能在晶核表面吸附一層離 子 并使它們得以完成脫溶劑化和定位進(jìn)入晶格 從而使晶核能夠長大 同時(shí) 晶核表面的離子也存在被水中離子吸引而重新進(jìn)入溶液的傾向 數(shù)量十分巨大的 晶核不是都能夠得到成長的 這里存在著稱為奧斯瓦爾得 0 s t w a r l d 成熟的競爭 過程 即粒徑小于1 0 u m 的晶粒 其表面受水分子的作用力相對(duì)而言較大 故其 溶解度要比大顆粒的為大 因?yàn)閷?duì)小顆粒來說未飽和的溶液 對(duì)大顆粒而言可能 是過飽和了 在這種情況下 小顆粒溶解而大顆粒則結(jié)晶 這樣就以犧牲小顆粒 的方式使大顆粒成長 傳熱面的結(jié)垢過程還包括晶粒在金屬表面上的附著 按一定方向取向 并成 長為有規(guī)則的集合體的過程 這樣才能形成牢固地附在金屬表面的實(shí)密的垢層 1 2 2 2 冷卻水系統(tǒng)的阻垢劑防垢機(jī)理和應(yīng)用方法 防止冷卻水系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢的方法很多 從機(jī)理上來說可以歸納為三種 削除結(jié)晶產(chǎn)生的條件 防止和抑制晶粒的正常生長 減少和阻礙結(jié) 垢晶體在熱面上的粘附 對(duì)于第一種方法 可采取將結(jié)垢物質(zhì)濃度控制在飽和濃度之下 就可以確保 不結(jié)垢 具體的做法又有幾種 a 采用脫鹽水作為補(bǔ)充水 因?yàn)槊擕}水即使在 很高的濃縮倍數(shù)下運(yùn)行也很少發(fā)生結(jié)垢 水中結(jié)垢物質(zhì)的含量在這種情況下往往 是不飽和的 但脫鹽水成本過高 僅能用于少數(shù)特殊工廠 實(shí)際應(yīng)用并不多 b 將煙氣或c 0 2 導(dǎo)入冷卻水使碳酸鈣轉(zhuǎn)化為溶度積更大的c a h c 0 3 防止結(jié)垢 但 此法有很大的局限性 因?yàn)閏 a h c 受熱會(huì)分解 仍可能在傳熱面上結(jié)垢 另 外 c 仉在冷卻塔中會(huì)逸入大氣而喪失 所以此法逐漸被淘汰了 c 加酸將冷卻 水的p h 值降低 這樣可以增加難溶物質(zhì)的溶解度而防止污垢的產(chǎn)生 部分暫時(shí) 硬度會(huì)轉(zhuǎn)化為永久硬度 而且己經(jīng)形成的垢也會(huì)重新溶解 因而能十分有效地防 止水垢的發(fā)生 此法的缺點(diǎn)是水的腐蝕性較強(qiáng) 必須添加較高劑量的緩蝕劑 此 法曾盛行一時(shí) 直到能在中性或堿性冷卻水中使用的高性能阻垢劑開發(fā)出來后 才較少使用 對(duì)于第二種方法 是目前應(yīng)用廣泛的方法 它是通過向在循環(huán)水中添加能抑 制晶粒的形成 阻礙晶粒正常生長和擾亂晶粒之間按正常狀態(tài)聚集生長的阻垢 劑 目前 晶體生長抑制劑以分為三類 第一類是向水中加入鰲合劑 即金屬離 1 4 第 章緒論 子封閉劑 能與金屬離子鰲合 將金屬離子封閉起來 阻止金屬離子與陰離子接 觸生成結(jié)垢物質(zhì)的晶體 因而達(dá)到阻垢的作用 但鰲合反應(yīng)是按化學(xué)計(jì)量進(jìn)行的 通過鰲合來防垢 必須在水中添加高劑量的鰲合劑 這在實(shí)際應(yīng)用中是辦不到的 因而一般不采用 第二類的作用是擴(kuò)大物質(zhì)結(jié)晶的介穩(wěn)區(qū) 在相當(dāng)大的過飽和程 度上將結(jié)垢物質(zhì)穩(wěn)定在水中不析出 當(dāng)水中產(chǎn)生微小晶核時(shí) 它們強(qiáng)烈地吸附在 晶核上 往往還占據(jù)表面能最高的位置 降低晶粒的表面能 它們將晶核和進(jìn)入 晶體的那些離子長大 由于離子不能按正常晶格排列 晶體將畸變 晶格會(huì)扭歪 晶粒之問的聚集困難 難于形成致密而牢固的垢層 聚磷酸鹽和新近開發(fā)出來的 許多磷化合物和聚合物都屬于此類晶體抑制劑 本研究所合成的水處理劑屬于此 類藥劑 另一類用來阻礙晶體生長和正常聚集叫分散劑 它們一般屬于陰離子型 或非離子型的聚合物 如聚丙烯酸鹽和聚丙烯酸酰胺等 其作用是吸附在微粒的 上面 將微粒包圍 或者將數(shù)個(gè)微粒 系 成彼此有相當(dāng)距離的疏松的微粒團(tuán) 阻礙微?；ハ嘟佑|碰撞而長大 此類藥劑目前應(yīng)用也較為廣泛 可以應(yīng)用于堿性 和高濃縮倍數(shù)的冷卻水中 第三種方法是指采用某些藥劑 如特殊的油脂和膜胺等 能在金屬表面定向 排列 阻礙污垢在換熱面定向聚集 從而降低污垢與金屬之間的粘附力 也能使 污垢粒子之間的內(nèi)聚力降低 而阻止和減輕污垢沉積來達(dá)到阻垢的目的 目前此 種方法應(yīng)用尚不廣 還有許多問題需要探索 1 3 有機(jī)膦系列水質(zhì)穩(wěn)定劑的研究進(jìn)展 1 3 1 有機(jī)膦水質(zhì)穩(wěn)定劑概述 有機(jī)膦系列水質(zhì)穩(wěn)定劑屬于磷系中的一個(gè)重要系列 它主要是在分子結(jié)構(gòu)中 含有一個(gè)或多個(gè)膦酸基 p o o h 2 特性基團(tuán)的化合物 按照分子中磷原子是否 直接和碳原子相連 可以分為有機(jī)磷酸酯和有機(jī)膦酸兩大類 有機(jī)磷酸酯的結(jié)構(gòu) 中含有 c h 2 o p o 羽 而有機(jī)膦酸的結(jié)構(gòu)中則含有 c h 2 p 0 3 h 有機(jī)磷酸醋類化合 物 特別是多元醇 芳烷基酚聚乙二醇類的膦酸脂化合物是6 0 年代后期出現(xiàn)的 控制鈣垢的抑制劑 典型的有機(jī)磷酸脂化合物有 多元醇磷酸酯 烷基聚乙二醇醚磷酸酯 其效 廣東 i 業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 能屬于臨界值型 即符合干擾晶體生長動(dòng)力學(xué) 能有效控制c a s 0 4 垢的生長 但 由于它對(duì)c a c 0 3 垢抑制作用一般 并且分子中的特性鍵一c h 2 一o p 0 3 h 2 可能發(fā)生水 解 生成正磷酸鹽 所以在使用時(shí)受到一定的限制 而有機(jī)磷酸化合物有極穩(wěn)定 的碳磷鍵 甚至與濃硫酸共沸也不會(huì)產(chǎn)生p o 這是不同于無機(jī)聚磷酸鹽和磷酸 酯相比的重要特點(diǎn) 因而是國外應(yīng)用最廣泛的水質(zhì)穩(wěn)定劑 它們又可分為兩類 一類是含n c p 鍵的有機(jī)磷酸 即含有氨基甲叉膦酸結(jié)構(gòu)的化合物 c n p o a i 可通過甲醛 三氯化磷和相應(yīng)的氨基化合物反應(yīng)制得 另一類是含有一o c h 2 p 0 地 鍵的有機(jī)膦酸 可由三氯化磷和相應(yīng)的有機(jī)酸反應(yīng)制得 由于它們對(duì)c a c o c a s o 的析出和沉淀具有良好的抑制作用 對(duì)金屬的緩蝕性能較好 并比無機(jī)聚磷酸鹽 具有更好的水解穩(wěn)定性 因此它們不僅在冷卻水系統(tǒng)而且在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和油 田 冶金 火力發(fā)電設(shè)備 礦山等行業(yè)得到了廣泛的使用 1 3 2 國內(nèi)外研究狀況 目前國內(nèi)外開發(fā)和應(yīng)用的有機(jī)膦酸阻垢緩蝕劑的品種主要有四類 第一類低分子量有機(jī)膦酸 如 羥基亞乙基二膦酸 乙二胺四亞甲基膦酸 等 此類藥劑比目前公認(rèn)的綠色水處理劑聚環(huán)氧琥珀酸和聚天冬氨酸的阻垢緩蝕 性能都好 但由于這類化合物的分子量較小 含磷量相對(duì)較高 不易生物降解 做緩蝕劑使用時(shí)濃度相對(duì)較高 因此使用后的排放廢水會(huì)帶來水體富營養(yǎng)化的環(huán) 境問題 現(xiàn)已引起人們的高度重視 第二類大分子量有機(jī)膦酸 如 美國c a l g o n 公司開發(fā)了聚氨基聚醚基甲叉 膦酸 分予量6 0 0 左右 研究表明 它對(duì)碳酸鈣和硫酸鈣的阻垢能力都超過了 目前的低分子有機(jī)膦酸 美國e n r o n 電力公司已開發(fā)了以該藥劑為主的商品名為 p h p e e d o m 系列冷卻水處理產(chǎn)品 1 9 9 2 年用于t e x a s 市的一座4 5 0 m w 的發(fā)電廠 使?jié)饪s倍數(shù)從5 提高到1 0 倍 因其含磷量較低 所以是一類很有應(yīng)用前景的環(huán) 保性型水處理劑 第三類高分子量有機(jī)膦酸聚合物 如趙彥生等以異丙烯基膦酸為原料制備 了聚異丙烯膦酸 這類藥劑相對(duì)含磷量也較高 分子量對(duì)聚合物藥劑的影響較大 性能不穩(wěn)定 因而應(yīng)用會(huì)受到限制 第四類膦酰基羧酸類 此類高分子量的藥劑有 2 一膦酸基一i 2 4 一三 1 6 第一章緒論 羧酸丁烷 p b t c a 膦?；垴R來酸 膦酰基丙烯酸一馬來酸酐二元聚合物 馬 來酸酐一丙烯酸羥丙酯一異丙烯膦酸三元共聚物等 由美國f m c 研究表明 此類藥 劑有較好的阻垢緩蝕性能 在使用劑量相同的條件下p b t c a 的阻垢性能比目前公 認(rèn)的綠色水處理劑聚環(huán)氧琥珀酸和聚天冬氨酸效果都好 但p b t c a 的相對(duì)分子量 較低 含磷量較高 而且不易生物降解 故應(yīng)用受到環(huán)境限制 高分子量的膦酰 基羧酸類藥劑 雖然也有較好阻垢作用但緩蝕性能較差 還存在不易生物降解 因而受到環(huán)保法規(guī)的限制 還有許多有機(jī)聚合物也被用來作為環(huán)境友好緩蝕劑使用 這是因?yàn)榫酆衔锏?毒性較其單體低 而且吸附成膜性比其單體好 在金屬表面又有較大的覆蓋面積 有機(jī)合成技術(shù)的進(jìn)步 拓寬了聚合物在腐蝕防護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用 近年來分子中含 有多個(gè)活性基團(tuán)的低聚型緩蝕劑的研究引起了人們的重視 低聚物不同于高聚 物 它有一定的溶解揮發(fā)能力 在金屬表面又有較大的覆蓋面積 并且有可能通 過有目的的設(shè)計(jì)裁剪使其分子中各種活性基團(tuán)之問具有協(xié)同作用而使緩蝕效果 顯著提高 捌 1 3 3 研究意義 開發(fā)有機(jī)磷系水質(zhì)穩(wěn)定劑可使磷產(chǎn)品的開發(fā)利用更上一個(gè)新的臺(tái)階 近年 來 我國磷礦石生產(chǎn)多達(dá)4 0 0 萬噸 年 磷的開發(fā)和利用居世界第二位 磷化工 工業(yè)處于世界前列 1 另一方面 由于國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展 電力 化工 冶金 紡織等行業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)張 他們對(duì)水質(zhì)穩(wěn)定劑的需求量是十分巨大的 因此 開 發(fā)精細(xì)磷化工新產(chǎn)品是必要的 特別是研究出具有實(shí)用性的有機(jī)膦系水質(zhì)穩(wěn)定劑 對(duì)我國的資源以及環(huán)境保護(hù)具有很實(shí)際的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義 1 4 本研究設(shè)想 基于上述分析 本課題設(shè)計(jì)了一種新型的大分子有機(jī)膦羧酸 它綜合了有機(jī) 膦酸和膦?；人岬墓餐攸c(diǎn) 保持了上述兩種水處理劑的分子結(jié)構(gòu)特征 同時(shí) 比低分子有機(jī)膦酸的含磷量大大減少 降低8 l o 分子中增加了氨基酸 基的官能團(tuán) 所以生物降解性能得到了改善 因此更加符合環(huán)保要求 新型水處理劑是以二元羧酸為原料 采用著名化學(xué)反應(yīng)黑爾一福爾哈德一 1 7 廣東工業(yè)大學(xué)碩七學(xué)位論文 澤林斯基 h e l l v o l h a r d z e l i n s k i 1 刪反應(yīng)進(jìn)行a h 鹵化 再采用加布瑞爾 帆蚓 g a b r i e l 反應(yīng)伯胺化 最后通過類似m a n i c h 啪 1 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行膦酸化反 應(yīng) 合成出d a a t m p 分子結(jié)構(gòu)式 圖1 2 所示的化合物 黔群蠕囂沁腎 徽 圖1 2 圖1 3 從分子結(jié)構(gòu)式分析 新型水處理劑比目前使用的乙二胺四亞甲基膦酸 見圖 1 3 所示的分子量大得多 其磷的含量相對(duì)降低了8 10 9 6 分子中增加了羧 基及氨基結(jié)構(gòu) 其水溶性會(huì)更好 與水垢離子的絡(luò)合能力和在金屬表面的整合一 吸附能力更強(qiáng) 所以 具有更好的緩蝕阻垢性能 分子中含有氨基酸結(jié)構(gòu) 所以 更易于生物降解 而氨基酸對(duì)環(huán)境是無害的 故可認(rèn)為該類水處理劑更符合綠色 水處理劑的要求 目前 此類化合物及其合成工藝還尚未見報(bào)道 1 5 本研究內(nèi)容與創(chuàng)新之處 1 5 1 研究內(nèi)容 針對(duì)研究目標(biāo)提出如下研究內(nèi)容 1 在研究分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基礎(chǔ)上 研究如何引入所需的功能基團(tuán)并 使其在合成中保持穩(wěn)定不發(fā)生變化 解決藥劑合成工藝條件優(yōu)化中的產(chǎn)率提高關(guān) 鍵技術(shù)問題 2 研究試劑 溫度 時(shí)間等條件對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響 3 測(cè)定表征藥劑性能的各種理化參數(shù) 并與現(xiàn)有藥劑進(jìn)行阻垢緩蝕性能的 對(duì)比 1 5 2 創(chuàng)新之處 1 在現(xiàn)有開發(fā)和使用的水處理藥劑中尚未發(fā)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)相同的藥劑 故本課 題合成的目標(biāo)分子為首創(chuàng) 2 新型藥劑與現(xiàn)有藥劑相比 分子量更大 分子結(jié)構(gòu)中含有氨基 膦酸基 第 章緒論 羧基 所以在功能上比現(xiàn)有藥劑的性能更加全面 屬于多功能水處理劑 藥劑用 量會(huì)更少 運(yùn)行成本更低 3 新藥劑屬于阻垢緩蝕劑 可廣泛應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水 鍋爐水 膜法凈水 處理中 也可作為化學(xué)清洗藥劑使用 1 9 廣東t 業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章d a a t m p 水質(zhì)穩(wěn)定劑的合成及表征 2 1 實(shí)驗(yàn)藥品 試劑及儀器設(shè)備 2 1 1 實(shí)驗(yàn)藥品 試劑 本研究所用化學(xué)藥劑性質(zhì)及用途詳見表2 1 表2 1 實(shí)驗(yàn)用化學(xué)藥劑及用途 t a b2 1r e a g e n t sa n dt h e i rf u n c t i o nu s e di nt h ee x p e r i m e n t s 注 以上試劑未注明的均為分析純?cè)噭?至三耋2 壘竺蘭 查星絲壅型墼窒些量童堡 2 1 2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備 表2 2 試驗(yàn)儀器及用途 t a b2 2m a i ni n s t r t u e n t sa n dp u r p o s e 2 2 合成實(shí)驗(yàn) 新型水處理劑是以二元羧酸為原料 采用著名化學(xué)反應(yīng)黑爾一福爾哈德一澤林 斯基 h e l l v o l h a r d z e l i n s k i 反應(yīng)進(jìn)行a h 鹵化 再采用加布瑞爾 g a b r i e l 反應(yīng)伯胺化 最后通過類似m a n i c h 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行膦酸化反應(yīng) 合成出d 眾t m p 化 合物 合成目標(biāo)分子 n a 盯m p 結(jié)構(gòu)式 粉忖群蝸 合成路線 1 2 5 二溴己二酸二乙酯的制備 2 1 廣東t 業(yè)大學(xué)碩七學(xué)位論文 毫罵 2 2 5 二氨基己二酸的合成 h 旦 薯孑 c 一 n c h c h z 一淵n 1 n h 2 n h 2 h 2 0 2 h c i h o o c 辱h c h l 乇h 呻h c o o h 一h 2n h 2 3 2 5 二氨基己二酸四甲叉膦酸的合成 h o o c h c h 2 一c h 2 一