低温多效蒸馏海水淡化专用阻垢剂的研制与性能评价

论文摘要

本文以热法海水淡化为研究背景,开展了低温多效蒸馏海水淡化专用阻垢剂的研制与性能评价的研究。开发了五个阻垢剂配方（配方1～5）并与进口药剂Belgard EV2050和Belgard EV2035进行了比较,建立了海水体系下的阻垢性能评价方法-铜管沉积法,并采用国标法（GB/T 16632-2008）和铜管沉积法对开发的阻垢剂配方进行了性能评价,采用扫描电镜技术（SEM）、X-射线衍射技术（XRD）、粒度分析技术（PSA）对垢样进行了分析,研究阻垢剂的作用机理。国标法结果显示配方1和配方2阻垢性能略差于Belgard EV2050,与Belgard EV2035阻垢性能相当。当阻垢剂用量在6mg/L～15mg/L之间变化时,阻垢率并没有显著的增加,均保持在65%-70%之间。配方3、配方4和配方5的阻垢性能整体要好于国外的Belgard EV2035和Belgard EV2050。通过对不同药剂下得到垢样的微观形貌和晶相结构分析发现,本论文设计的阻垢剂能是垢样的微观形貌和垢样晶相构成发生变化。垢样出现了球霰石和方解石的混合晶相,垢样微观形貌呈现出不规则的长饼状或圆饼状,与空白相比垢样颗粒粒度明显变小,并具有圆滑的边缘和表面。基于热法海水淡化的工况条件,建立了海水体系下的阻垢性能评价方法-铜管沉积法,并用沉积抑制率表示阻垢剂的阻垢性能。该方法能够表达阻垢剂在对垢样与设备表面粘附作用的影响,弥补了静态阻垢率评价方法（包括国标法）的不足。并采用铜管沉积法对本研究开发的配方5和配方4阻垢剂进行了性能评价,并与进口药剂Belgard EV2035和Belgard EV 2050进行了对比。铜管沉积法评价结果显示,配方4和配方5具有良好的阻垢性能。阻垢剂的用量在6mg/L时,阻垢效果最好。对于阻垢剂的适用温度,配方5与Belgard EV 2035具有类似的阻垢性能,这一评价为本研究开发的阻垢剂配方在工业上的应用奠定了一定的基础。本文从两个方面探讨了阻垢剂的阻垢机理,一方面是阻垢剂的增溶作用,即在阻垢剂的作用下,成垢离子在水中的溶解度提高,减小了成垢的可能性。另一方面是阻垢剂对垢与设备表面粘附作用的影响,垢产生以后在水中的性状,垢颗粒的微观形貌、粒度以及晶相,对垢在设备表面的粘附作用都有影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阻垢剂发展概述
• 1.3 低温多效蒸馏海水淡化工艺简介
• 1.4 阻垢剂在热法海水淡化中的应用
• 1.5 阻垢剂评价方法概述及存在问题
• 1.5.1 静态阻垢法
• 1.5.2 鼓泡法
• 1.5.3 临界pH值法
• 1.5.4 电导法
• 1.5.5 恒定组分分析技术
• 1.5.6 电子显微镜和X射线衍射技术
• 1.6 阻垢机理研究进展
• 1.7 立题的意义、研究内容及研究思路
• 1.7.1 立题的意义
• 1.7.2 研究内容介绍
• 1.7.3 研究思路的确定
• 2 阻垢剂的选择、合成与配方设计
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 磺化苯乙烯马来酸酐共聚物的合成
• 2.2.3 低分子量HPMA的合成
• 2.2.4 三元配方优化方法
• 2.2.5 阻垢性能的测定-碳酸钙沉积法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 HEDP、HPMA、SSMA三元复配
• 2.3.2 HEDP、HPMA、PAA三元复配
• 2.3.3 HEDP、HPMA、PAA三元复配的配方优化
• 2.3.4 引发剂用量对合成HPMA阻垢性能的影响
• 2.3.5 合成HPMA分子量表征
• 2.3.6 低分子量HPMA红外光谱表征
• 2.3.7 低分子量HPMA、HEDP、PAA三元复配配方优化
• 2.4 本章小结
• 3 阻垢性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 试剂、材料与仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 阻垢性能的测定-铜管沉积法
• 3.3.2 碳酸钙沉积法
• 3.3.3 垢样微观形貌分析
• 3.3.4 垢样晶相分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 配方1阻垢性能评价及垢样形貌分析
• 3.4.2 配方2阻垢性能评价及垢样形貌分析
• 3.4.3 配方3阻垢性能评价及垢样形貌分析
• 3.4.4 配方4阻垢性能评价及垢样形貌分析
• 3.4.5 配方5阻垢性能评价及垢样形貌分析
• 3.4.6 温度对沉积抑制率的影响
• 3.4.7 阻垢剂用量对配方4阻垢性能的影响
• 3.4.8 阻垢剂用量对配方5阻垢性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 阻垢机理探讨
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 试剂、材料与仪器
• 4.2.2 方法与原理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 增溶作用
• 4.3.2 阻垢剂对垢样微观形貌的影响
• 4.3.3 阻垢剂对垢样晶相组成的影响
• 4.3.4 阻垢剂对垢样粒度分布的影响
• 4.3.5 铜片垢样生长实验
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录