水质对AA-MA-AMPS阻垢缓蚀性能影响分析

袁 鹰,刘明源

（泰州职业技术学院,江苏 泰州 225300）

水质对AA-MA-AMPS阻垢缓蚀性能影响分析

袁 鹰,刘明源

（泰州职业技术学院,江苏 泰州 225300）

以水为溶剂，用过硫酸铵一次磷酸盐引发体系合成的AA-MA-AMPS水质稳定剂在pH值较宽的范围都有较好的阻垢缓蚀效果；对钙硬度、碱度、CI-、SO42-有较好的宽容度，在一般水质条件下，这些离子对阻垢缓蚀性能没有太大影响，而总Fe、Cu2+对该稳定剂的缓蚀性能有较为显著的影响，总Fe高于3mg/L、Cu2+高于0.05mg/L时，稳定剂的缓蚀性能显著降低。

水质;AA-MA-AMPS水质稳定剂;阻垢缓蚀性能

前言

水质稳定技术又称循环冷却水处理技术，主要是指用水处理药剂（即水质稳定剂）按要求有效控制循环冷却水水质的技术。水质稳定剂主要包括缓蚀剂、阻垢剂、分散剂、杀生剂等，而在水质稳定技术中起主要作用的是缓蚀剂和阻垢剂。本文以水为溶剂，用过硫酸铵一次磷酸盐为引发剂，以马来酸酐MA，丙烯酸AA，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS为单体合成了AA-MA-AMPS水质稳定剂，讨论循环冷却水中常见的水质指标pH值、钙硬度、碱度、Cu2+、总Fe、Cl-和SO42-对稳定剂阻垢缓蚀性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

马来酸酐MA，丙烯酸AA，过硫酸铵，次磷酸二氢钠（NaH2PO2·2H2O）为化学纯；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS为工业品。

1.2 试验方法

配制一定体积的试验用水，加入一定量的阻垢剂，置于50℃左右的恒温水浴中进行水浴加热，温度升至80℃时开始恒温并计时。恒温后过滤试验水，滤液用EDTA直接滴定法进行剩余钙离子的测定，并以不加阻垢剂的试验水作为空白，计算阻垢率η：式中，ρ0-试液实验前实测离子的质量浓度；ρ1-加阻垢剂的试液实验后离子的质量浓度；ρ2-不加阻垢剂的试液实验后离子的质量浓度。

2 循环冷却水水质对阻垢缓蚀性能的影响

2.1 pH值的影响

工业循环冷却水处理中，pH值对AA-MA-AMPS水质稳定剂的阻垢缓蚀性能有很大影响。图1表示在配制水中随着pH值的提高，阻垢率随之降低。当pH值小于9.0时阻垢率较好。但当pH值为9.5时阻垢率大幅度降低。说明pH值为9.0时是一个临界点，即该水质稳定剂适用于pH值小于9.0的水质体系。

图1 阻垢率与pH的关系曲线Fig.1 The relationship between the inhibition rate and pH value

2.2 钙硬度的影响

图2表明：AA-MA-AMPS水质稳定剂的阻垢率随着钙硬度的增加而降低。但 Ca2+浓度为400mg/L，当水质稳定剂投加量为50mg/L时，都有很好的阻垢性能，阻CaCO3率为88.0%，表示该水质稳定剂适用于高硬水质。

图2 钙硬度与阻垢率的关系曲线Fig.2 The relationship between calcium hardness and scale inhibition rate

2.3 碱度的影响

图3表明：AA-MA-AMPS水质稳定剂的阻垢率随着碱度的增加而降低，且下降的趋势比较明显，说明在试验范围内碱度对阻垢性能的影响比钙硬度大。

图3 HCO3－与阻垢率的关系曲线Fig.3 The relationship between HCO3－concentration and scale inhibition rate

2.4 Cu2+的影响

图4表明：当Cu2+浓度增大时，AA-MA-AMPS水质稳定剂的缓蚀性能明显下降，Cu2+浓度为0.05mg/L时，缓蚀率降到只有75.0%，而Cu2+浓度为0.1mg/L时，缓蚀率降到只有66.2%，挂片锈蚀严重，这说明Cu2+对水质稳定剂的缓蚀作用影响较大，表明介质中Cu2+浓度过高时，可能由于铜盐沉积，或者Cu2+与铁发生置换反应，Cu2+作为去极化剂，破坏表面膜，从而导致腐蚀加剧。因此要保证AA-MA-AMPS水质稳定剂有良好的缓蚀效果，体系中Cu2+浓度要小于0.05mg/L。

图4 Cu2+浓度与缓蚀率的关系曲线Fig.4 The relationship between Cu2+concentration and corrosion inhibition rate

2.5 总Fe的影响

图5表明：当试验水中总Fe的浓度增大时，水质稳定剂的缓蚀效果明显下降。Fe浓度为3.0mg/L时，缓蚀率降到只有75.0%，而Fe浓度为4.0mg/L时，缓蚀率降到只有65.5%，挂片锈蚀严重。

这可能是由于一是Fe2+、Fe3+与水质稳定剂发生配合反应使稳定剂的有效浓度下降；二是介质中有Fe3存在时，它可以作为电化学过程中的去极化剂而被还原为Fe2+；Fe2+可以被介质中的溶解氧或液面上的氧气氧化成为Fe3+形成去极化剂。这样就形成了如下的循环过程：Fe2+在水溶液表面被氧氧化成Fe3+，而Fe3+在钢铁表面作为去极化剂而被还原成Fe2+，使得腐蚀速率大大增加，腐蚀程度也会增大，从而导致稳定剂失效。

此外，生成的Fe（OH）3沉积到金属表面形成疏松的沉积物，引起严重的垢下腐蚀，且隔断了低浓度的水质稳定剂与金属表面的作用，从而使腐蚀大大加快；Fe（OH）3的颗粒悬浮在循环水中，对水质稳定剂有吸附作用而导致有效浓度降低。因此总Fe对稳定剂的缓蚀性能有很大影响，循环水中总Fe的浓度最好控制在3mg/L以内方能保证AA-MA-AMPS水质稳定剂有效。

图5 总Fe与缓蚀率的关系曲线Fig.5 The relationship between total Fe and corrosion inhibition rate

2.6 Cl-和SO42-的影响

图6表明：Cl-的浓度变化较大时，AA-MA-AMPS水质稳定剂对碳钢的缓蚀率的变化并不大，氯离子浓度达到600mg/L时，共聚物对碳钢的缓蚀率仍然还有90.0%，而且碳钢挂片表面形成光晕。这说明Cl-对水质稳定剂的缓蚀性能的影响不大，反之也说明了稳定剂对Cl-的宽容度大，适应范围较宽。

图6 Cl－浓度与缓蚀率的关系曲线Fig.6 The relationship between Cl－concentration and corrosion inhibition rate

图7表明：SO42-对缓蚀性能影响不大，SO42-浓度达到600mg/L以上时，水质稳定剂对碳钢的缓蚀率仍有90.1%。

图7 SO42－浓度与缓蚀率的关系曲线Fig.7 The relationship between SO42－concentration and corrosion inhibition rate

3 结论

以水为溶剂，用过硫酸铵一次磷酸盐为引发剂，以马来酸酐MA，丙烯酸AA，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS为单体合成的AA-MA-AMPS水质稳定剂在pH值较宽的范围都有较好的阻垢缓蚀效果；对钙硬度、碱度、Cl-、SO42-有较好的宽容度，在一般水质条件下，这些离子对阻垢缓蚀性能没有太大影响，而总Fe、Cu2+对该稳定剂的缓蚀性能有较为显著的影响，总Fe高于3mg/L、Cu2+高于0.05mg/L时，稳定剂的缓蚀性能显著降低。

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Effect of Water Quality on the Scale and Corrosion Inhibition of AA-MA-AMPS

YUAN Ying and LIU Ming-yuan
（Taizhou Polytechnic College,Taizhou 225300,China）

The AA-MA-AMPS water quality stabilizer has a better scale and corrosion inhibition effect in a wide range of pH value,which is synthesized by using ammonium persulfate-phosphate initiating system as initiator and water as solvent.For the calcium hardness,alkalinity,Cl－and SO42－,it has a good tolerance level,under the general water quality conditions,these ions do not have great effects on scale and corrosion inhibition. However the Fe and Cu2+have great influences on the corrosion inhibition of the stabilizer.When the total Fe is higher than 3mg/L and Cu2+is higher than 0.05mg/L,the corrosion inhibition of stabilizer declines significantly.

Water quality;AA-MA-AMPS water quality stabilizer;scale and corrosion inhibition performance

TQ085.6

A

1001-0017（2014）06-0427-03

2014-07-23

袁鹰（1976-），女，湖南人，硕士研究生，讲师，主要从事环境监测与环境评价工作。