改性木薯淀粉阻磷酸钙垢性能的研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 改性木薯淀粉阻磷酸钙垢性能的研 究 摘要：以木薯淀粉和丙烯酰胺为 原料，以过硫酸铵-亚硫酸氢钠（NH4） 2S2O8-NaHSO3 为引发体系，合成木薯 淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物（SGA） 。研 究了共聚物（SGA）在不同水质条件下 对 Ca3（PO4）2 的阻垢性能，探讨了 共聚物浓度、恒温温度及恒温时间等条 件对 Ca3（PO4）2 阻垢性能的影响。 结果表明，阻垢剂 SGA 浓度为 55 mg/L 时阻垢率最高，达 96.1%。较长的恒温 时间仍能保持较高的阻垢率，具有较高 的时效性。SGA 对介质温度的适应范围 较宽，适合用于高温用水系统中阻磷酸 钙垢。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /8/view-12792930.htm 关键词：木薯淀粉；改性；阻垢； 磷酸钙 中图分类号：TQ085 文献标识 码：A 文章编号：0439-8114（2013） 07-1534-03 在城市用水中，工业用水占 80% 以上，而在工业用水中，冷却用水约占 60%，因此节约冷却用水就成为节约城 市用水的关键。采用循环冷却水处理技 术，比直流冷却水可节水 97%以上，是 节水的有效途径。采用循环水冷却方式 后，随着循环水的不断浓缩，水中的难 溶盐离子如钙、镁、碳酸根和磷酸根会 大大超过其饱和溶解度，易从水中沉淀 析出形成垢。结垢降低水冷器的换热效 果或堵塞管路，腐蚀导致设备穿孔，严 重影响生产的正常运行。阻垢分散剂能 使成垢离子如钙、镁、碳酸根和磷酸根 等稳定于水中，在大大超过其饱和溶解 度的条件下而不析出。阻垢剂主要是指 能够防止水垢和污垢产生或抑制其沉积 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 生长的化学类试剂，是工业水处理中必 不可少的元素，可以用来延长设备寿命 并保证设备安全运行1。聚合物作为阻 垢剂已有 20 多年的历史，最初使用的 是低分子的均聚物。近年来研究表明， 某些共聚物的综合性能明显优于均聚物， 开发和研制共聚物类阻垢分散剂是当前 各国水处理药剂研究的热点2-6。近年 来，随着人们对共聚物结构及阻垢机理 研究的深入，发现共聚物结构与阻垢性 能的关系极为密切7。共聚物中的羧基 是阻碳酸钙、硫酸钙垢的主要官能团8， 而羟基酰胺基等对阻磷酸钙垢有益。改 性木薯淀粉是木薯淀粉与丙烯酰胺的接 枝共聚物，具有较高的化学稳定性和热 稳定性，在较高温度下仍能保持良好的 阻垢效果。目前尚无淀粉与丙烯酰胺接 枝共聚物作为阻垢剂的报道。 1 材料与方法 1.1 材料 仪器：数显恒温水浴箱（HWS- 20 江苏太仓市实验设备厂） ；可见分光 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 光度计（Unic7200 尤尼柯（上海）仪器 有限公司） ；真空干燥箱（DZF-6030A 上海一恒科学仪器有限公司） ；电子天 平（AL204 梅特勒- 托利多仪器（上海） 有限公司） 。试剂：无水氯化钙p 十水 四硼酸钠p 磷酸二氢钾 p 钼酸铵p 抗坏血酸p 酒石酸锑钾 p 硫酸p 乙 二胺四乙酸二钠p 氢氧化钾均为分析 纯。 1.2 方法 1.2.1 改性木薯淀粉的合成 取一 定量木薯淀粉放入装有电动搅拌器的 250 mL 三口烧瓶中，加入一定量去离 子水，在通氮气的条件下，于恒温水浴 锅中糊化 30 min，糊化温度为 80 ， 冷却至反应温度。加入一定计量的丙烯 酰胺搅拌一定时间，再加入过硫酸铵， 缓慢滴加亚硫酸氢钠，继续搅拌至反应 时间。待反应终止后，将反应液冷却至 室温，用无水乙醇沉淀产物。过滤、洗 涤后于真空干燥箱中 50 干燥至恒重， 得到接枝粗产物。定量称取接枝粗产物， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 用索氏提取器以丙酮作为溶剂抽提 24 h，除去均聚物，然后 60 真空干燥至 恒量，得到纯接枝共聚物（SGA）9。 1.2.2 阻磷酸钙垢性能测定 试验 方法均采用国标的方法10-12。配制一 定体积含 Ca2+的水样，用乙二胺四乙 酸二钠标定，其浓度约含 20 mg/mL Ca2+，加入含有一定浓度的 PO43-溶液， 在一定温度条件下恒温 10 h，使磷酸钙 沉淀完全，然后采用磷钼蓝分光光度法 测定溶液中剩余的 PO43-的吸光度，根 据磷酸盐标准曲线通过吸光度可得到溶 液中剩余离子的浓度，得出用作比较的 空白试验值。在同样组成的溶液中，加 入一定量的木薯淀粉与丙烯酰胺的接枝 共聚物，在相同温度条件下恒温 10 h， 测定其剩余 PO43-浓度，所得数值与空 白值的比值即为阻垢率，水中剩余的 PO43-浓度越大则阻垢效果越好。 2 结果与讨论 2.1 磷酸盐标准曲线 以测得的吸光度为纵坐标、相对 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 应的 PO43-浓度（mg/mL）为横坐标绘 制标准曲线（图 1） 。标准曲线在 PO43- 浓度为 00.004 mg/mL 范围内呈良好 的线性关系（y=166.25x+0.003 9，R2=0.999 4） 。 2.2 阻垢剂浓度对阻垢效果的影 响 水浴温度为（801） ，恒温 静置时间为 10 h，改变阻垢剂（SGA） 浓度，测定阻垢效果（图 2） 。由图 2 可 知，阻垢率随着阻垢剂（SGA）浓度的 增加而上升，当阻垢剂投加量达到 45 mg/L 时，再增加阻垢剂的浓度，阻垢 率增加缓慢，几乎不变，阻垢剂浓度为 55 mg/L 时阻垢率最高，达 96.1%。 2.3 恒温时间对阻垢效果的影响 水浴温度为（801） ，阻垢 剂 SGA 浓度为 50 mg/L，改变恒温静置 时间，测定阻垢效果（图 3） 。由图 3 可 知，当恒温时间为 5 h 时阻垢率达到 99.4%，随着恒温时间的延长，阻垢率 呈下降趋势，而当恒温时间为 14 h 时阻 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 垢率仍保持在 84.0%以上。表明木薯淀 粉接枝丙烯酰胺阻垢剂 SGA 在较短的 时间内即能达到良好的阻垢效果，即便 延长恒温时间仍能保持较高的阻垢率， 具有较高的时效性。 2.4 恒温温度对阻垢效果的影响 阻垢剂（SGA）浓度为 50 mg/L，恒温静置时间为 10 h，改变水浴 温度，测定阻垢效果。结果见图 4。由 图 4 可知，阻垢率随恒温温度的升高而 降低，当恒温温度为 50 时阻垢率达 97.8%； 95 时阻垢率为 86.4%，降低 了 11.4 个百分点。因为温度升高，溶液 中成垢离子运动速度也随之增加；成垢 几率也随之增大，而且温度升高，接枝 共聚物表面吸附的垢物脱附力增大。温 度从 50 增加至 95 ，阻垢率仍能达 到 86.4%，表明木薯淀粉接枝丙烯酰胺 共聚物（SGA）对介质温度的适应范围 较宽，适合作为高温用水系统中阻磷酸 钙垢。 3 结论 1）通过研究阻垢剂浓度对阻垢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 效果的影响可知，阻垢率随着阻垢剂 SGA 浓度的增加而上升，当阻垢剂浓度 增加到一定程度后，阻垢率增加缓慢， 阻垢剂浓度为 55 mg/L 时阻垢率最高， 达 96.1%。 2）通过研究恒温时间对阻垢效 果的影响可知，随着恒温时间的延长， 阻垢率呈下降趋势，但在较长的恒温时 间（14 h）仍能保持较高的阻垢率 （84.0% ） ，具有较高的时效性。 3）通过研究恒温温度对阻垢效 果的影响可知，