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利用表面張力預(yù)測(cè)藥劑性能：ATMP、IDPA與PAA的阻垢緩蝕效能評(píng)估

來(lái)源：南京化工學(xué)院學(xué)報(bào) 瀏覽 220 次 發(fā)布時(shí)間:2026-06-05

1.3 靜態(tài)阻垢性能測(cè)定


PAA、ATMP、IDPA(Ⅰ, Ⅱ)的靜態(tài)阻垢性能測(cè)定結(jié)果列于表3。表4是復(fù)合配方的靜態(tài)阻垢性能測(cè)定結(jié)果。


表3 PAA、ATMP、IDPA(I, II) 的靜態(tài)阻垢性能(阻垢率%)
藥劑濃度 (mg/l)
100 80 60 40 20 10
PAA 80.85 67.15 53.24 42.57 32.40 35.16
ATMP 47.90 61.90 67.68 73.00 44.64 67.05
IDPA(I) 47.50 56.80 64.60 60.67 58.40 48.30
IDPA(II) 67.40 70.60 73.55 66.10 62.80 61.66

試驗(yàn)條件：Ca2? 100mg/l, HCO?? 400mg/l，在75±1℃恒溫水槽中保溫24小時(shí)。

表4 復(fù)合配方的靜態(tài)阻垢性能
藥劑 濃度 (mg/l) 水溶液的表面張力 (達(dá)因/厘米) 阻垢率 (%)
IDPA(I) 4 72.85 70.50
IDPA(II) 8 72.35 71.50
IDPA(II)+Zn+++HEDP 4+2+10 72.18 71.08
IDPA(I)+HEDP 4+15 73.06 54.40
IDPA(I)+HEDP 8+15 73.03 62.60

試驗(yàn)條件：同表3。


1.4 緩蝕性能測(cè)定


ATMP、IDPA(Ⅰ)、IDPA(Ⅱ)的緩蝕性能測(cè)定結(jié)果示于表5。復(fù)合配方的緩蝕性能測(cè)定結(jié)果示于表6。


表5 ATMP、IDPA(I, II) 對(duì)A3鋼的緩蝕性能(緩蝕率%)
藥劑濃度 (mg/l)
60 40 30 20 10
ATMP 95 96 95.99 97.23
IDPA(I) 95.65 95.40 97.40 58.30
IDPA(II) 76.17 97.33 97.86 89.90


水質(zhì)條件：Ca2?(22~28mg/l), Mg2?(6mg/l), HCO??(95mg/l), Cl?(8~12mg/l)，SO?2?(20mg/l)。水溫45±1℃，自然pH值，A?鋼試片，試驗(yàn)時(shí)間96小時(shí)。


表6 復(fù)合配方對(duì)A3鋼的緩蝕性能
藥劑名稱 濃度 (mg/l) 緩蝕率 (%)
IDPA(II) 8 73.9
IDPA(II)+Zn++ 4+2 82.0
IDPA(II)+Zn+++HEDP 4+2+10 95.9


2 結(jié)果與討論


表面張力的大小反映液體表面分子之間的相互作用，表面張力降低，取決于表面活性劑分子從溶液內(nèi)部對(duì)表面分子的取代。由表1可看出，由于PAA這種水穩(wěn)藥劑吸附在溶液表面上，使水的表面張力降低，隨濃度增加，表面張力減小。


PAA的結(jié)構(gòu)為憎水的[-CH?-CH]?和親水的-COOH基團(tuán)組成。表面親水端保留在水中，憎水端突出集中于界面，產(chǎn)生顯著的吸附作用。PAA的吸附是正吸附，很大程度上降低了表面張力，表現(xiàn)出較好的活性，從而具有較好的潤(rùn)濕、去污，使污垢分散的性能。


PAA在溶液中可離解成負(fù)電荷的陰離子，它們吸附在CaCO?的微晶上使其難于按一定排列順序結(jié)晶長(zhǎng)大，使晶格發(fā)生畸變。由于在生成的CaCO?晶體的點(diǎn)陣中摻有相當(dāng)大分子的聚合物PAA，防止在金屬表面生成致密的垢。從表3可看出，PAA是一種較好的阻垢劑。


有機(jī)多元膦酸化合物ATMP、IDPA都具有穩(wěn)定的(C-P)鍵，可抑制CaCO?的析出，具有較好的阻垢性能。從表2看出，加入Ca2?和HCO??離子的ATMP和IDPA溶液具有較低值的表面張力。ATMP和IDPA有較好的表面活性，ATMP在40mg/l左右表面張力較低，IDPA在40mg/l左右表面張力也較低。


ATMP和IDPA含有同一種甲叉膦酸基團(tuán)，具有兩個(gè)負(fù)電荷的能力，它們本身就是螯合劑，能以一個(gè)以上的配位鍵與陽(yáng)離子結(jié)合，故阻垢性能較好。ATMP和IDPA在40mg/l左右其阻垢率分別達(dá)到70%和60%以上。


從實(shí)驗(yàn)中看出，加入Ca2?、HCO??離子的ATMP溶液的表面張力值比未加入Ca2?、HCO??離子的表面張力值高，說(shuō)明螯合前具有更強(qiáng)的表面活性。


IDPA水質(zhì)穩(wěn)定劑雖尚未廣泛應(yīng)用，但作為一步合成的產(chǎn)品就有較好的阻垢性能和緩蝕性能，因而是很有生命力的。在自然pH值下，ATMP在20~30mg/l時(shí)緩蝕率達(dá)95%，60mg/l以上時(shí)試片上出現(xiàn)彩色條紋的保護(hù)膜；IDPA在20mg/l時(shí)緩蝕率達(dá)97%，60mg/l以上時(shí)試片上出現(xiàn)彩色條紋的保護(hù)膜。


有機(jī)多元膦酸化合物起緩蝕作用時(shí)，其分子在金屬表面產(chǎn)生了物理吸附和化學(xué)吸附且在金屬表面形成保護(hù)膜，使具有腐蝕性的Cl?離子不易接觸到金屬表面，從而保護(hù)了金屬表面。


Zn2?、HEDP復(fù)合具有增效作用，可增強(qiáng)緩蝕效果。與單一配方相比，其用量可大大減少，從而可評(píng)選出較佳的復(fù)合配方。


從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，表面活性劑的表面張力與阻垢性能、緩蝕性能之間存有一定的關(guān)系，復(fù)合配方也同樣具有表面張力增加阻垢率及緩蝕率降低關(guān)系。因而用測(cè)定表面張力的方法，來(lái)研究添加劑與表面活性劑，或表面活性劑之間相互作用，將有助于搞清表面活性劑復(fù)配的規(guī)律，以便找出各種用途的有效的水質(zhì)穩(wěn)定劑配方。


3 結(jié)論


1. 有機(jī)多元膦酸ATMP、IDPA在溶液中使溶液的表面張力降低，是表面活性較好的水質(zhì)穩(wěn)定藥劑，有較好的阻垢性能和緩蝕性能。在20~40mg/l時(shí)有較佳的阻垢性能和緩蝕性能。羧酸型的PAA水質(zhì)穩(wěn)定藥劑，其表面張力隨濃度增加而減小，而阻垢率卻隨表面張力的減小而增加。


2. 用測(cè)定表面張力大小的方法，將有助于人們預(yù)測(cè)水質(zhì)穩(wěn)定劑或復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑配方的性能。


3. 通過(guò)測(cè)定表面張力，來(lái)研究水質(zhì)穩(wěn)定劑之間或添加劑與水質(zhì)穩(wěn)定劑之間性能影響，將有助于獲得較佳的復(fù)合配方。