阻垢剂和分散剂的作用机理详解

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：以成垢物质CaCO3为例说明，当CaCO3在溶液中形成微晶时，表面会吸取水中阻垢剂，吸取动力主要是阻垢剂与Ca2+之间的螯合反应。当溶液中CaCO3的过饱和度很大时，由于结晶的倾向加大，微晶可以在那些没有吸取阻垢剂的慢发育表面上成长，从而把活性点上的阻垢剂分子覆盖起来，于是晶体又会增长。

1.晶格畸变理论

晶格畸变理论认为，阻垢剂干扰了成垢物质的结晶过程，抑制了水垢的形成。

以成垢物质CaCO₃为例说明，当CaCO₃在溶液中形成微晶时，表面会吸取水中阻垢剂，吸取动力主要是阻垢剂与Ca²⁺之间的螯合反应。这样，因微晶的表面状态有所改变，CaCO₃不再增长，而是稳定在溶液中。微晶吸取阻垢剂的反应主要发生在其成长的活性点上。只要这些活性点被覆盖，结晶过程便被抑制，所以阻垢剂的加药量不需很多。当溶液中CaCO₃的过饱和度很大时，由于结晶的倾向加大，微晶可以在那些没有吸取阻垢剂的慢发育表面上成长，从而把活性点上的阻垢剂分子覆盖起来，于是晶体又会增长。但此时生成的晶体受阻垢剂的干扰，会发生空位、错位或镶嵌构造等畸变。

有机膦酸在水中能离解出H⁺，本身成带负电荷的阴离子，如：

这些负离子能与Ca²⁺、Mg²⁺等金属离子形成稳定络合物，从而提高CaCO₃晶粒析出时的过饱和度，也就是增加了CaCO₃在水中的溶解度。有人通过实验测出，水中加入1～2mg/L的HEDP后，可使CaCO₃析出的临界pH提高1.1左右。另外，由于有机膦酸能吸附在CaCO₃晶粒活性增长点上，使其畸变，即相对于不加药剂的水平来说，形成的晶粒要细小得多。从颗粒分散度对溶解度影响角度看，晶粒细小也就意味着CaCO₃溶解度变大，因此提高了CaCO₃析出时的过饱和度。

2.分散理论

有些阻垢剂在水中会电离，吸附在某些小晶体的表面形成双电层，使小晶体稳定地分散在水体中，这种阻垢剂可称为分散剂。

例如，聚羧酸在水中电离成阴离子后有强烈的吸附性，它会吸附到悬浮在水中的一些泥砂、粉尘等杂质的粒子上，使其表面带有相同的负电荷，因而使粒子间相互排斥，呈分散状态悬浮于水中，如图4-9所示。

图4-9 阴离子型分散剂分散作用示意图

1—泥沙粉尘等杂质 2—阴离子型分散剂 3—被分散在水中的泥砂、粉尘等杂质

分散剂不仅能吸附于颗粒上，而且也能吸附于凝汽器的壁面上，阻止了颗粒在壁面上沉积；即使发生了沉积现象，沉积物与接触面也不能紧密相粘，只能形成疏松的沉积层。

有些阻垢剂为链状高分子物质，它们与水中胶体或其他污物形成絮凝。絮凝的密度较小，易被水流带走，阻止了它们在冷却水系统中沉积。用作絮凝剂的高分子一般为相对分子质量10⁶～10⁷的链状聚合物，长链上有许多具有吸附能力的基团。

3.络合理论

有些阻垢剂如有机膦酸在水中电离出H⁺，本身成为带负电荷的阴离子。这种阴离子能与水中的金属阳离子Ca²⁺、Mg²⁺等形成稳定的络合物，使它们不能结垢。