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摘要：本文首先分析阻垢劑的三種作用：凝聚與分散作用、絡合增溶作用以及使污垢在形成過程中發(fā)生晶格畸變的作用，然后從含磷類阻垢劑、天然分散劑和聚合物類阻垢劑三方面論述阻垢劑在工業(yè)水處理中的應用，探討阻垢劑現(xiàn)階段以及未來的研究方向，希望能為關注此話題的研究學者提供參考意見。

關鍵詞：晶格畸變；天然分散劑；聚合物

目前工業(yè)水處理主要是通過物理方法和化學方法來共同完成，水處理研發(fā)的阻垢劑主要應用于鍋爐用水和冷卻用水的雜質處理。隨著社會的發(fā)展，水資源的利用也越來越多，為了防止水資源的過度利用，實現(xiàn)對水資源的保護，需要提高工業(yè)水處理和工業(yè)重復利用循環(huán)冷卻水的技術水平，以降低工業(yè)用水鹽分的積累，改善換熱設備結垢的不良現(xiàn)象，降低設備腐蝕的損失。

1阻垢劑在工業(yè)水處理中的作用機理

1.1阻垢劑的凝聚與分散作用

陰離子型阻垢劑在水中會分解產生陰離子，如果分解產生的陰離子和碳酸鈣微晶發(fā)生碰撞，會出現(xiàn)吸附的現(xiàn)象，微晶的表面進而會形成帶負電的雙電層。工業(yè)污水中的污垢一般都帶負電荷，同種電荷互相排斥，因此污垢在水中是懸浮分散的狀態(tài)。阻垢劑以鏈狀結構存在于水中，可以吸附多個電荷相同的微晶，且由于靜電的斥力，不會發(fā)生多個電荷的碰撞，故水中不會出現(xiàn)較大體積的晶體，從而實現(xiàn)碳酸鈣在溶液中的穩(wěn)定，達到阻垢的目的。此類阻垢劑主要有有機磷酸鉀類阻垢劑和聚丙烯酸類阻垢劑。對于有機磷酸鉀類的阻垢劑，其阻垢功能的實現(xiàn)是通過聚集阻垢劑于生長晶核附近的擴散階層，而實現(xiàn)雙電層的構建，從而達到阻礙污垢離子或分子簇集的目的，保證金屬表面的清潔。對于聚丙烯酸類阻垢劑，這一類的阻垢劑能夠在金屬的傳熱面上形成特殊的膜，該膜可以和無機晶體共同沉淀，當膜的厚度達到一定的程度就會發(fā)生破裂的現(xiàn)象，與此同時將金屬傳熱面上的部分污垢層一起帶走。膜不斷的形成，不斷的破裂，使得污垢層能夠一直保持比較理想的狀態(tài)。

1.2阻垢劑的絡合增溶作用

阻垢劑通過自身的絡合增溶作用實現(xiàn)污垢的溶解。在水溶液中，阻垢劑會與鈣、鎂等離子形成較穩(wěn)定的可溶性螯合物，根據電離平衡方程，溶液中電離的鈣離子和鎂離子的數量增加，并且碳酸鈣在水中溶解度增大，達到抑制污垢的沉淀的效果。此類阻垢劑主要有部分的有機磷酸鹽類阻垢劑和絡酸鹽以及亞硝酸鹽類除垢劑。部分有機磷酸鹽類阻垢劑，不僅能夠和水中的鈣離子、鎂離子等構成穩(wěn)定的絡合物，還能夠和碳酸鈣晶體中的鈣離子產生絡合作用，從而阻止其他的碳酸鈣晶體依次排列并通過碰撞產生碳酸鈣污垢，深入的抑制了污垢的形成，適合低硬度水的阻垢處理。絡酸鹽以及亞硝酸鹽類除垢劑，其絡合增溶效果顯著，適用于各種水質的阻垢處理，但由于其本身具有一定的毒性，含有使人體致癌的成分，因此該類阻垢劑的使用受到嚴格的控制[1]。

1.3使污垢在形成過程中發(fā)生晶格畸變

阻垢劑體現(xiàn)出的晶格畸變功能，是通過其本身官能團對金屬離子產生螯合作用來實現(xiàn)的。例如碳酸污垢形成的過程中，帶正電的鈣離子與帶負電的碳酸離子共同按照特定的方向發(fā)展，在二者發(fā)展壯大的過程中，阻垢劑會摻雜在它們構建的晶格點陣中，逐漸讓晶格發(fā)生畸變。由于晶體的內部存在逐漸增大的應力，當其增大到一定程度時會讓晶體最終破裂，從而達到抑制污垢硬性晶體形成的目的。且形成的污垢晶體組織硬度較弱，容易分散被水體沖走。此類阻垢劑主要有有機磷酸阻垢劑。當在水中加入有機磷酸阻垢劑，有機磷酸會吸附在碳酸鈣晶體的活性增長點上，和鈣離子反應而產生螯合物，從而改變晶體的生長方向，讓晶體的生長發(fā)生扭曲，抑制晶體的長大。總的來說，就是通過有機磷酸對晶體的包圍，實現(xiàn)對晶體活性的抑制，讓晶體在發(fā)展的過程中向著畸變前進，從而抑制污垢的形成，最終達到工業(yè)水處理阻垢的目的。

2阻垢劑在工業(yè)水處理中的應用

2.1含磷類阻垢劑的應用

聚磷酸鹽屬于無機磷酸鹽類阻垢劑，常應用于冷卻水的污垢處理，其中三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉具有長鏈狀的陰離子，是工業(yè)水阻垢作業(yè)中經常會用到的兩種阻垢劑。在實際的應用中，聚磷酸鹽表現(xiàn)出無毒、用量小、成本低的優(yōu)點，但也存在著性質不穩(wěn)定，容易水解成磷酸根，會對工業(yè)生產中用到的銅制、銅合金管道和器材造成一定程度的腐蝕，并且會讓水體營養(yǎng)化程度加深的缺點。含磷類的阻垢劑還包括有機磷酸酯，這一類的阻垢劑能夠對硫酸鈣的污垢起到較好的抑制作用，而在抑制碳酸鈣類污垢時取得的效果差強人意。有機磷酸酯的分子結構是C-O-P鍵，因此有機磷酸酯的水解性弱于聚磷酸酯，但是卻高于有機的多元磷酸。當處于溫度較高和堿性較強的環(huán)境中，有機磷酸酯更容易水解成為正磷酸酯和相應的醇，此時它的阻垢功能也會很大程度的減弱[2]。

2.2天然分散劑的應用

在工業(yè)水處理中應用較多的天然分散劑是單寧酸，這一成分主要提取于多種的植物和果實中，所以單寧酸是自然界中資源較豐富的有機資源，它是一種多元酚類化合物。單寧酸分子的結構單元是由活性官能團以及多環(huán)芳烴核組成的，官能團的種類有羧基、酚羥基、甲氧基、乙醇基。單寧酸具有吸附、結合的能力，可以與水體中的鈣離子、鎂離子螯合，并且產生的螯合物分解性較強。單寧酸的成分表明它是一種非磷系、無公害、不會對水體環(huán)境造成任何傷害的阻垢劑，可以說是十分環(huán)保綠色的功能性阻垢劑。除此以外，還有其他自然環(huán)保的阻垢劑成分陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，比如磺化木質素、改性淀粉、羧甲基纖維素，這些自然成分都有阻垢的功能，如果這些天然分散劑能夠應用在工業(yè)水處理中，不僅符合國家建立環(huán)保型社會的發(fā)展目標，也將促進工業(yè)水污垢處理技術邁進一大步，因此需要好好加以研究。

2.3聚合物類阻垢劑的應用

聚合物阻垢劑的主要成分是丙烯酸和馬來酸，研制時是將多種功能性的官能團引入到分子中，因此這一類的阻垢劑具有多種配方。應用時需除了要考慮水質的條件，還需要分析水垢的種類。例如帶羧酸基團的聚合物阻垢劑主要是針對鈣污垢研制的，磺酸基的聚合物阻垢劑主要用于含有金屬氧化物的污水處理，酸胺類的聚合物阻垢劑能夠較好的處理硅污垢水[3]。由于大多數的阻垢劑只能抑制水中某種特定類別沉淀物污垢的產生，因而現(xiàn)階段的研究的重點放在共聚物所帶的功能基團上，目的是用一種或少數幾種阻垢劑抑制工業(yè)水中的多種污垢，彌補一種阻垢劑只能抑制一種污垢的不足。例如將磷酸基引入到聚丙烯酸的結構中，就能夠讓阻垢劑同時具備使污垢晶格畸變和污垢分散這兩種功能，兩種功能相互促進，達到抑制沉淀物形成的目的。而且這類聚合物阻垢劑性質穩(wěn)定，阻垢的功能不易受氯氣及各種氧化類殺菌劑影響。

3總結

綜上所述，在工業(yè)水處理中合理的應用阻垢劑，首先應綜合考慮水質的條件，再選擇有效的功能基團，最后選擇合適的阻垢劑。在未來，阻垢劑的研究內容應側重于綠色環(huán)保和功能的全面開發(fā)，使阻垢劑更加環(huán)保的同時，也具備阻垢、滅菌、抗腐蝕的功能。阻垢劑的研究方向應是阻垢的高效性和使用成本的經濟合理性。

參考文獻

[1]聶鵬飛,沈雨晴,劉建允.聚吡咯-二甲基亞甲藍復合納米棒修飾電極及電化學阻抗法測定聚陰離子阻垢劑[J].分析科學學報,2018,34(02):257-260.

[2]高慶華.一種HAP型高效緩蝕阻垢劑的研制及應用[J].表面技術,2018,47(01):149-153.

[3]申啟金.阻垢劑在工業(yè)循環(huán)水處理工藝中的應用[J].黑龍江科技信息,2011(03):13.

[4]任華.阻垢劑在工業(yè)水處理中的應用[J].區(qū)域供熱,2013(02):91-93+102.

作者：蔡琪芳 秦雙 單位：蘇州湖天電氣開發(fā)有限公司