环保型缓蚀阻垢剂的现状和发展
:本文综述了环保型缓蚀剂和阻垢剂的研究现状和发展方向,并对其应用发展前景进行展
望。
关键词:环保型;缓蚀剂;阻垢剂
中图分类号:TG174. 42
　　工业循环冷却水的缓蚀阻垢剂发展经历了从无
机、有机共聚物,从高磷、低磷到无磷,由单一使用到
复配使用的发展历程。为了减轻缓蚀阻垢剂对环境
的危害作用,国内外对环保型缓蚀阻垢剂进行了广
泛研究。
　1 环保型缓蚀剂技术现状
1. 1 　钼酸盐类缓蚀剂
钼酸盐中常用作缓蚀剂的是钼酸钠(NaMoO4 .
2H2O ) [1 ] ,属非氧化性或弱氧化性的低毒药剂,对环
境几乎无毒害作用。钼酸盐适用的p H 范围为7. 5
～10. 0 ,缺点在于其需要在合适的氧化剂(如水中溶
解氧或亚硝酸钠等氧化性物质) 的配合下,才能形成
金属表面的保护膜;如果单一使用钼酸盐,则需要较
高浓度才能达到缓蚀效果。
1. 2 　硅酸盐类缓蚀剂
硅酸盐缓蚀剂无毒、成本低,用作冷却水缓蚀剂
的硅酸盐是以Na2O ·SiO2 [ 1 ]为主的水玻璃。硅
酸盐对钢铁、铜合金、铝合金、镀锌层、镀铅层的腐蚀
都可起抑制作用,特别对控制黄铜脱锌的效果较好。
硅酸盐的缺点在于建立保护作用的过程很慢,一般
需要3～4 周,而且缓蚀效果远不及聚磷酸盐和铬酸
盐。此外,在镁硬度高的水中,易生成硅酸盐垢。
1. 3 　钨系缓蚀剂
目前,有关科研单位已在钨酸钠的基础上成功
开发钨系复合水处理缓蚀剂。经医学卫生单位测
试[2 ] ,钨酸纳的LD50 ≈2000mg/ L ,属于低毒物质,
应用于炼油、医药等企业,取得良好的缓蚀、阻垢效
果。钨系水处理缓蚀剂与磷系水处理剂比较,其缓
蚀阻垢效率更高,如果将其代替或部分代替目前大
量使用的磷系水处理缓蚀剂,可减轻水体因富营养
化引起的赤潮公害,有利于环境保护。
1. 4 　天然型缓蚀剂
天然型缓蚀剂主要是从天然植物中提取有效成
分合成缓蚀剂,优点是来源广泛,无污染,缺点是合
成工艺不成熟。L K- 45 酸浸钢材用缓蚀剂利用了
从芦苇、水莲中提取有效成份,效果较佳[3 ] 。利用从
植物中提取的物质对钢在盐酸溶液中进行了缓蚀实
验[4 ] ,初步获得成效,芒果皮中提取物对碳钢缓蚀效
率为82 % ,柑桔皮及芦荟叶提取物为80 %,石榴皮
提取物65 %。
1. 5 　微生物缓蚀
近年来,微生物的缓蚀作用逐渐引起了人们的
注意。研究发现[5 ] ,微生物的存在可以降低所使用
缓蚀剂的有效浓度,具有良好的经济效益; The blue
mussel 产生的蛋白质对防腐蚀有积极影响[6 ] 。
2 　环保型阻垢剂技术现状
2. 1 　天然阻垢剂
天然阻垢剂的优点是廉价、易得、无害、无害、易
降解,对环境无污染,又兼具杀菌之效能;缺点是高
温高压下易分解,用量大。以工业木质素磺酸盐LS
为原料[ 7 ] ,采用自由基共聚反应对L S 进行接枝羧
基改性,制备得到改性磺化木质素LSA ,LSA 与目
前常用几种阻垢剂进行阻垢分散的比较,结果表明,
改性产物L SA 为一种阻垢分散性能较为理想的绿
色阻垢剂。对丹宁进行了胺甲基化、季铵盐化和磺
化3 种改性[8 ] ,经过实验测试,改性后的丹宁在很大
程度上提高了其缓蚀、阻垢和杀菌等性能,使其具有
良好的开发与应用前景。一种新型的天然复方阻垢
剂(起主要作用的天然大分子有机物质生化黄腐酸
Dec. 　2005
(BFA) 由桔杆等农田下脚料,经发酵而制取) ,经实
验表明[ 9 ] ,具有较好的阻垢效果,同时也具有缓蚀
效果。
2. 2 　有机磷酸酯类阻垢剂
有机磷酸酯一般与其他药剂如聚磷酸盐、锌盐、
木质素和苯并三氮唑等复合使用后,对水生生物的
毒性很低,且能缓慢水解,水解后产物可生物降解,
对环境无不良影响。针对油田油水系统的特点,一
种以有机磷酸酯为主剂,复配以多种表面活性剂的
阻垢剂HZ —1[ 10 ] ,其既可以阻止碳酸盐垢,又可
以阻止硫酸盐垢,在室内性能测试和现场试验中,在
用量为20mg/ L 时阻垢率达90 %以上(油区来水
[Ca2 + ] = 107mg/ L) 。
2. 3 　有机膦酸类阻垢剂
有机膦酸的化学稳定性好,不易水解,耐高温,
其可以和金属离子络合,形成立体大分子环状络合
物,分散于水中破坏钙垢晶体的生长,从而起到阻垢
的作用。有机膦酸属于无毒或极低毒的药剂。最常
用的HEDP(羟乙基二膦酸) 性能价格比突出,可以
预见将来仍是主流产品。目前一些科研单位进行了
HEDP 新制造技术开发,并形成专利。HPA[ 11 ]于
20 世纪90 年代初开发,国外合成路线易造成污染,
国内合成路线易操作,无毒,产品具有化学稳定性
好,不易水解,不易被酸碱所破坏,使用浓度低,缓蚀
效果好等特点。POCA 也于20 世纪90 年代开发,
其在冷却水中既有良好的碳酸钙和磷酸钙阻垢能
力,又有很好的颗粒分散性及一定的缓蚀作用,另
外,它还有很高的钙容忍度,与氯几乎不起作用。
2. 4 　马来酸酐类共聚物
含磷高分子马来酸酐合成的聚合物具有优异的
缓蚀、阻垢性能,与其他药剂配伍性好等优点,非常
适合在高硬度、高碱度、高Ph 值等苛刻条件下使
用,可代替现有的缓蚀阻垢剂氮川三甲叉磷酸(简称
A TMP) 。以甲苯为溶剂合成的马来酸酐/ 甲基丙烯
酸羟乙酯共聚物[ 12 ]对阻碳酸钙、碳酸镁垢,稳定
锌、铁效果良好。将磺酸基团引入其中的合成马来
酸酐( MA ) / 2 - 丙烯酰胺2 —甲基丙基磺酸
(AMPS) 二元共聚物[ 13 ] ,具有良好的阻碳酸钙、磷
酸钙效果和分散氧化铁的能力。有机膦酸型水质稳
定剂—膦酸化水解聚马来酸酐( PHPMA) 具有阻垢
和缓蚀双重性能[ 14 ] ,并且阻垢性能优于马来酸酐。
2. 5 　烷基环氧羧酸类阻垢剂
APC(烷基环氧羧酸) 是一种新型的缓蚀阻垢
剂,新配方中的有机膦,具有较高的钙容忍度和氮稳
定性,且在系统扰动期间具良好的性能。在APC 基
础上发展的AEC(烷基环氧羧酸酯) [ 15 ]无毒、能耐
氯,有特别优良的碳酸钙阻垢性能,可以取代有机膦
酸。当与一些无机盐(磷酸盐或锌盐等) 复配时,对
碳钢具有缓蚀作用;因而可组成低磷或低锌配方,用
于高p H 值、高碱度、高硬度、高浓缩倍数的冷却水
系统,使总磷排放减少了30 %～50 %,是解决其腐
蚀和结垢的全新方法。
2. 6 　聚环氧琥珀酸(PESA)
PESA 型水处理剂具有良好生物降解性能并适
用于高碱高固水系等特点的新型绿色阻垢剂,其阻
垢活性较高,极小剂量(3 mg. L - 1 ) 即可达到很好的
阻垢效果,PESA 即使在较高碱度条件下,仍能保持
较高的阻垢效率。以马来酸酐为原料,使其在碱性
条件下水解成马来酸盐,再以过氧化物和钒系物质
为催化剂进行环氧化反应,生成环氧琥珀酸(盐) ,再
以稀土为引发剂聚合制得PESA ,产品最佳分子量
范围400～800[16 ] ;通过静态实验对PESA 的阻垢
效果进行了评价, 结果表明, PESA 对CaCO3 、
CaSO4 、BrSO4 、CaF2 和CaSO4 垢有优良的抑制作
用,属于多功能的阻垢剂[17 ] 。另外,国外研究发现,
PESA 与无机磷酸盐、有机磷酸盐和苯并三唑等药
剂有良好的协同作用,复配后缓蚀能力很强。
2. 7 　聚天冬氨酸(PASP)
聚天冬氨酸( PASP) 是聚氨基酸的一类。从环
境相容性角度考虑, PASP 的可生物降解性使其成
为特别有价值的水处理剂。利用后的PASP 可高
效、稳定的被微生物、真菌降解为对环境无害的微生
物作为阻垢剂特别适用于抑制冷却水、锅炉水及反
渗透膜处理中的CaCO3 、Ca ( PO4 ) 2 的水垢[ 18 ] ,因
而在海水淡化,纯水制备、工业冷却水防垢等方面具
有良好的应用前景。将聚天冬氨酸与钨酸盐进行复
合实用配方的研究开发,筛选出无磷钨系水处理剂,
得到的复合配方不含磷及重金属离子,符合环境友
好的要求,经试验测试,其缓蚀率为98. 71 % ,阻垢
率为91. 67 %[19 ] 。
3 　环保型缓蚀阻垢剂的应用发展前景展望
复合配方能发挥出较单一药剂更显著的阻垢缓
蚀性能,弥补单一药剂结构上的缺憾,并能适当的降
低有效药剂的含磷量,是目前循环冷却水阻垢缓蚀
配方开发的主要方法,相信今后仍有更广阔的应用
前景。随着环保力度的加大,保护环境、治理污水和
节约用水具有同等的重要意义,因此,开发研制适合
陈际帆:环保型缓蚀阻垢剂的现状和发展141
环境保护需求的无磷或低磷、非氮和可生物降解的
环保型缓蚀阻垢剂将成为工业水处理领域中最主流
的研究方向。
　　　　　　　　　　　　　　甘　肃　科　技　　　　　　　　　　　　　　　第21 卷