柠檬酸与牛磺酸复配物阻垢性能研究

鲁连芳　陈艳梅

摘 要：该文以铜仁地区的自来水作为研究对象，采用静态阻垢法，研究柠檬酸/牛磺酸复配体系的协同作用，并且考察了温度、加热时间、阻垢剂用量及复配比例对阻垢效率的影响。结果表明，复配体系的阻垢性能远远高于单一阻垢体系的阻垢效率以及单一阻垢体系的阻垢率之和，柠檬酸与牛磺酸复配对阻钙、镁垢有较好的协同作用。

关键词：柠檬酸/牛磺酸；复配体系；阻垢效率

中图分类号 TQ085 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）16-0076-03

Abstract：Taking tap water in Tongren area for the research object，the synergistic effect of citric acid/taurine compound system was investigated by static scale inhibition method. The Ca and Mg scale inhibition efficiency of the combined system were investigated respectively from several aspects，such as temperature，heating time，scale inhibitor dosage and compound ratio. The results showed that the scale inhibition performance of the combined system was much better than that of a single scale system，and better than that of the two scale systems. The combination of citric acid and taurine had a good synergistic effect on inhibiting Ca and Mg.

Key words：Citric acid/taurine；Combined system；Scale inhibition efficiency

随着现代工业的发展，工业用水量逐渐增加，对水处理剂的需求越来越大，但水处理单剂有其局限性，有的单一阻垢剂价格昂贵，不宜进行大量生产。故将几种药剂复合使用，不仅可以克服单剂的局限性，还可以利用各种药剂间的协同作用来降低阻垢剂的用量，从而降低成本[1-4]。为此，本研究采用绿色、安全兼具的柠檬酸与牛磺酸进行复配，采用静态阻垢法[5]研究复配阻垢体系的阻垢协同作用，同时还考察了阻垢剂用量（浓度）、温度、加热时间、复配比例对阻垢效率的影响。

1 材料与方法

1.1 实验仪器 电热恒温水浴锅、HH-2、北京科伟永兴仪器有限公司；电子分析天平、AL204、梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司，聚偏氟乙烯微孔滤膜（0.45μm）、上海兴亚净化材料厂。

1.2 阻垢率的测定方法 静态阻垢实验，采用沉淀沉积法。用EDTA滴定铜仁自来水在实验前及试验后的Ca2+、Mg2+离子的含量，从而计算出阻垢剂对Ca垢、Mg垢的析出的抑制效率。实验直接采用铜仁市自来水作为实验研究对象。用锥形瓶取适量水样，加入阻垢剂，放入80℃的恒温水浴锅中恒温静置10h，取出后待冷却至室温用微膜滤纸（0.45μm）过滤，再用EDTA测定溶液中Ca2+、Mg2+的含量。并计算阻垢率，计算公式如下[6]：

阻垢率η（%）=[（V1-V2）/（V0-V2）]×100

式中：V1：加入阻垢剂实验后所耗EDTA的体积，V2：没加阻垢剂实验后所耗EDTA的体积，V0：加阻垢剂后实验前所耗EDTA的体积。

2 结果与分析

2.1 不同阻垢体系的阻垢率 在温度为80℃、自来水50mL（Ca2+浓度约为75mg/L）、复配比为1、阻垢剂用量为20mL及阻垢剂浓度不变（30mg/L）的条件下，考察不同阻垢体系对Ca、Mg总垢的阻垢作用，结果如图1所示。由图1可知，η牛磺酸/柠檬酸>η牛磺酸+柠檬酸>η柠檬酸>η牛磺酸，即复配体系η牛磺酸/柠檬酸的阻垢率大于单一阻垢体系的阻垢效率之和η牛磺酸+柠檬酸，也大于单一阻垢体系的阻垢率η柠檬酸、η牛磺酸。当加热时间为8h左右时，复配体系的阻垢率η牛磺酸/柠檬酸达到最大。这说明牛磺酸与柠檬酸对钙、镁垢的分散有协同作用，这是由于阻垢剂在进行复配时，活性基团能较好地发生对垢分散的作用[7]。当加热时间为8h左右时、阻垢效率几乎达到最大。

2.2 阻垢剂用量对阻垢率的影响 在阻垢剂浓度均为30mg/L，温度为80℃、自来水50mL（Ca2+浓度约为75mg/L）、加热时间为10h、复配比为1的条件下，考察阻垢剂复配体系用量对分散Ca垢及Ca、Mg总垢阻垢率的影响，结果如图2所示。由图2可知，阻垢率随阻垢剂用量的增大而上升，当阻垢剂用量达到20mL时，阻垢率达到最大，再增大阻垢剂用量，阻垢率变化不大。这说明当阻垢剂含量增加到一定程度时，阻垢剂的阻垢率达到最大之后不再变化。这是因为随着阻垢剂用量的增加，使得具有螯合作用的羧基、羟基及磺酸基团数量增加的原因[8]。

2.3 加热时间对阻垢率的影响 在温度80℃时，阻垢剂的浓度均为30mg/L，自来水50mL（Ca2+浓度约为75mg/L）、复配比例为1的条件下，改变加热时间，考察不同加热时间对Ca垢及钙Ca、Mg总垢阻垢率的影响，结果如图3所示。由图3可知，该实验的时间变量分别为6、7、8、9、10h，在该时间段中，阻垢率变化均不大，尤其是在8h后，阻垢率在95%～100%。这说明复配阻垢物受恒温时间的限制不大[9，15]。当加热时间达到8h后，阻垢率达到最大，阻垢体系对Ca、Mg垢的分散效率都能达到100%。

2.4 温度对阻垢率的影响 在阻垢剂的浓度均为30mg/L，加热时间为10h、自来水50mL（Ca2+浓度约为75mg/L）、复配比例为1时，改变恒温温度，考察不同温度对钙垢及钙镁总垢阻垢率影响的实验，结果如图4所示。由图4可知，当温度达到80℃时，阻垢率达到最大，能达到100%，温度由65℃升高80℃时，阻垢率随温度而变化的幅度较小；当温度由80℃升高至90℃时，阻垢率随温度升高而降低的幅度较大，即温度相对低时对阻垢率的影响较相对高时要小[10，13]。这说明该复配物在低高温水系统中的阻垢效率要低些，它更适合于80℃左右的水系统。

2.5 复配比例对阻垢率的影响 在阻垢剂的浓度均为30mg/L，加热时间为10h、自来水50mL（Ca2+浓度约为75mg/L）、恒温温度为80℃的条件下，考察不同的复配比例（体积比）的阻垢体系对阻垢率的影响，结果如表1所示。由表1可知，当复配体系中牛磺酸与柠檬酸的复配比例为1∶4时，阻垢率达到最大，几乎能达到100%；当阻垢剂牛磺酸所占的比例过高时，阻垢率降低；牛磺酸对Ca、Mg垢的分散作用明显没有柠檬酸强。这说明牛磺酸与柠檬酸在上述条件下都有较强的协同作用，且牛磺酸特具有的磺酸基团在对Ca、Mg垢的分散作用明显没有柠檬酸所具有的羧基、羟基强[11，12，14]。

3 结论

（1）以铜仁自来水做此静态阻垢实验，表明柠檬酸/牛磺酸复配体系对Ca、Mg垢的分散有较强的协同作用，尤其是对Ca垢的作用。

（2）当阻垢剂浓度为30mg/L，阻垢剂柠檬酸与牛磺酸的复配比为1∶4，恒温时间达到8h以上，恒温温度为80℃，阻垢剂用量为20mL，自来水50mL（Ca2+浓度约为75mg/L）时，柠檬酸/牛磺酸复配体系对Ca、Mg垢的分散作用最好，能达到100%。

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（责编：张宏民）