阻垢劑
阻垢劑是一類能阻止水中致垢鹽類在設備表面沉積的物質。一般認為，阻垢劑起阻垢作用是因為它對水中金屬離子有螯合作用、對微晶有吸附分散作用和晶格畸變作用。阻垢劑研究進展概述
經過半個多世紀的發展，阻垢劑的研究開發和套用已取得一定的成果。近年來，阻垢劑的品種豐富多樣，在工業水處理及環保要求的推動下，阻垢劑朝著多功能、高效、環保的方向發展。
阻垢劑分類
有機膦酸鹽類有機多元膦酸鹽是目前國內外產量最大、套用最廣的水處理劑，具有良好的化學穩定性、耐高溫性，用量少、具緩蝕作用。此外，有機多元磷酸鹽對鈣、鎂、鋅、鐵等許多金屬離子具有優異的螯合能力，故大量用於水處理中。工業水處理用絮凝劑優點
聚合氯化鋁是一種新型的高分子無極淨水劑，具有很強的甲殼吸附性，易溶於水。它的特點是1、具有很強的絮凝作用，吸附活性度非常好，可以迅速絮凝生水中雜物並快速沉降;
2、工業水處理使用絮凝劑不需要酸鹼助劑，它具有廣泛的PH值範圍;即便是水溫較低、水質混濁度低、或者是鹼度低都不會影響聚合氯化鋁的絮凝效果;
3、套用聚合氯化鋁可以大量縮短工業水處理過程中攪拌、混合、沉澱的時間，並且無需大面積建造絮凝池和沉澱池等設施。
4、聚合氯化鋁作為工業水處理用絮凝劑還具有很好的除鐵錳效果，實現水的電導率降低;
5、聚合氯化鋁腐蝕性小，處理費用低廉。1工業循環冷卻水水質穩定處理藥劑使用現狀
在密閉循環水穩定藥劑在冷卻水系統中，水不能暴露於空氣中，水的再冷是通過一定類型的換熱設備用其他的冷卻介質進行冷卻的。冷卻水損失極小，基本上不濃縮。內燃機的冷卻水系統是密閉式循環系統的代表。
在敞開式循環水冷卻系統中，冷卻水通過熱交換器後水溫提高成為熱水，熱水經冷卻塔曝氣與空氣接觸，由於水的蒸發散熱和接觸散熱使水溫降低，冷卻後的水再循環使用。敞開式冷卻水系統又叫冷卻塔系統，因為它常用冷卻塔作為水的冷卻設備，這種系統在工廠中得到廣泛使用。
這種敞開式循環冷卻水系統，由於在循環過程蒸發掉一部分水，故要補充一定的新鮮水和排出一定的濃縮水，以維持循環水中的含鹽量或某一離子含量在一定值上，比較起來，循環水補充的新鮮水是很有限的，一般只是直流和水量的四十分之一左右。
聚丙烯醯胺
聚丙烯醯胺（PAM）為水溶性高分子聚合物，不溶於大多數有機溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。產品使用特性：
1、絮凝性：PAM能使懸浮物質通過電中和，架橋吸附作用，起絮凝作用。
2、粘合性：能通過機械的、物理的、化學的作用，起粘合作用。
3、降阻性：PAM能有效地降低流體的摩擦阻力，水中加入微量PAM就能降阻50—80%。
4、增稠性：PAM在中性和酸條件下均有增稠作用，當PH值在10以上PAM易水解。呈半網狀結構時，增稠將更明顯。
作用原理
1）絮凝作用原理：PAM用於絮凝時，與被絮凝物種類表面性質，特別是動電位，粘度、濁度及懸浮液的PH值有關，顆粒表面的動電位，是顆粒阻聚的原因加入表面電荷相反的PAM，能使動電位降低而凝聚。
2）吸附架橋：PAM分子鏈固定在不同的顆粒表面上，各顆粒之間形成聚合物的橋，使顆粒形成聚集體而沉降。
3）表面吸附：PAM分子上的極性基團顆粒的各種吸附。
4）增強作用：PAM分子鏈與分散相通過種種機械、物理、化學等作用，將分散相牽連在一起，形成網狀。
水處理領域
PAM在水處理工業中的套用主要包括原水處理、污水處理和工業水處理3個方面。在原水處理中，PAM與活性炭等配合使用，可用於生活水中懸浮顆粒的凝聚和澄清；在污水處理中。PAM可用於污泥脫水；在工業水處理中，PAM主要用作配方藥劑。在原水處理中，用有機絮凝劑PAM代替無機絮凝劑，即使不改造沉降池，淨水能力也可提高20%以上。所以目前許多大中城市在供水緊張或水質較差時，都採用PAM作為補充。工業廢水處理，特別是對於懸浮顆粒、較粗、濃度高、粒子帶陽電荷，水的PH值為中性或鹼性的污水、鋼鐵廠廢水，電鍍廠廢水，冶金廢水，洗煤廢水等污水處理，效果最好。在污水處理中，採用PAM可以增加水回用循環的使用率。
氨基三甲叉膦酸
不易水解，耐高溫，低毒或無毒，對碳酸鹽的防垢效果特別好，且具有一定的緩蝕性能，可作為硬度大、礦化度高、水質條件惡劣等用水系統的阻垢劑，如工業循環冷卻水、油田注水、印染用水等。亞磷酸（或三氯化磷）與銨鹽、甲醛在酸性介質中一步合成的反應式如下該方法具有原料易得、合成方法簡單、成本低和產品質量穩定等優點，適合工業化生產。乙二胺四甲叉膦酸乙二胺四甲叉膦酸能與鐵、銅、鋅、鋁、鈣、鎂等離子中的) 個或多個金屬離子螯合，形成立體結構的雙環或多環螯合物可分散於水中，使水垢的正常結晶破壞，有效地抑制各種鹽垢的生成。34$%& 化學穩定性好，在高含量時還具有緩蝕性能，可作為工業循環冷卻水、鍋爐用水、電廠循環水及印染行業的阻垢緩蝕劑
多氨基多醚基甲叉膦酸
進入上世紀70 年代，以多氨基多醚基甲叉膦酸為代表的新型含醚有機膦酸的發展頗引人關注，由於醚鍵的引入使有機膦性能有了突破性進展。具有很好的鈣容忍度和優異的阻垢、分散性能，它是作為優異的碳酸鈣阻垢劑引入冷卻水領域的。它也可以有效地控制矽垢的形成，且具有良好的對金屬離子如鋅、錳和鐵的穩定性。業已在國外的石化、電力、油田等部門得到套用聚合物類阻垢劑聚合物阻垢劑具有阻垢效果好、熱穩定性高、用量少等優點，被廣泛套用於石化、化肥、電力等冷卻水系統。聚合物阻垢劑經歷了天然高分子聚合物、均聚物、二元及多元共聚物、環境友好聚合物的發展歷程。由於羧基是阻碳酸鈣、硫酸鈣垢的主要官能團，而羥基、醯胺基等有利於阻磷酸鈣垢，磺酸基能有效分散金屬氧化物、穩定鋅和有機磷酸。因此人們利用具有不同官能團的單體或它們的不同配比，共聚成具有多種水處理功能的共聚物，從而陸續開發出了一系列二元、三元甚至四元共聚物’ 羧酸類聚合物阻垢劑羧酸類聚合物阻垢劑是丙烯酸（##）、馬來酸或馬來酸酐，在引發劑作用下，通過均聚或與其他單體共聚形成的一類水溶性高分子化合物。該類阻垢劑中的羧基官能團對等離子具有較強的螯合能力，不僅有分散、凝聚作用，還能在無機垢結晶過程中干擾晶格的正常排列，從而起到阻垢作用丙烯酸
丙烯酸甲酯共聚物開發成功，奠定了我國水溶性聚合物水處理劑的基礎。崔小明等以水為溶劑，過硫酸銨為引發劑丙烯醯胺基.甲基丙磺酸等為原料，合成了三元共聚物。試驗結果表明，該共聚物不僅具有優異的抑制碳酸鈣垢、磷酸鈣垢，穩定鋅鹽和分散氧化鐵的性能，而且還具有較好的緩蝕性能，是一種性能優異的水質穩定劑，可廣泛套用於鋼鐵、冶金、化肥、石油化工等行業的工業循環冷卻水以及鍋爐、油田注水。李效紅等以%#、丙烯醯胺、丙烯酸甲酯為單體，過硫酸銨為引發劑，合成的三元共聚物，阻碳酸鈣垢的效率在藥劑用量為膦基羧酸聚合物阻垢劑有機膦酸和聚羧酸是工業水處理中較為常用的水處理劑。但隨著工業處理及環保要求的提高，綜合了有機膦酸和聚羧酸兩者優點，具有多項水處理功能的膦基羧酸聚合物正逐步發展。國內對膦基聚羧酸的開發始於上世紀7" 年代初。紀永亮、王麗蓉、刁月明各自先後合成了含膦丙烯酸> 丙烯酸羥內酯二元共聚物、膦基聚丙烯酸、膦酸化馬來酸> ## 共聚物，為今後膦基聚羧酸的開發研製奠定了基礎’ 5 (。何煥傑等對膦基羧酸共聚物的阻垢及分散性能進行了研究’ 7 (。結果表明該共聚物對碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣和氫氧化鋅的阻垢性能，或與有機膦酸和羧酸聚合物相近，或更優，且對氧化鐵有較好的分散作用，是一種綜合性能較好的多功能阻垢分散劑。何煥傑等合成了含膦丙烯磺酸鈉共聚物結果表明，該共聚物不僅具有優良阻碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣垢的性能，而且還具有較好的穩定鋅離子和分散氧化鐵能力，是一種綜合性能較好的水質穩定劑。崔小明等合成的含膦丙烯酸，除在低含量抑制碳酸鈣垢的能力稍差於二元共聚物，在抑制磷酸鈣垢、穩定鋅鹽和分散氧化鐵等方面均優於含磺酸基團的聚合物阻垢劑羧酸類均聚物阻垢劑在高鈣、高?8 值條件下會產生難溶的鈣凝膠，有機膦酸阻垢劑在磷系、鋅系配方處理系統中會產生磷酸鈣垢和鋅垢。而含磺酸基團的聚合物阻垢劑，則能有效防止鈣凝膠的生成，對鹽垢，特別是對磷酸鈣垢和鐵垢有良好的抑制作用，且能有效地分散顆粒物，能穩定金屬離子和有機膦酸。國內在#$ 世紀A$ 年代初開發磺酸類共聚物阻垢劑成功。馬志等以水為溶劑、過硫酸銨為引發劑合成了三元共聚物.荊國華等以水為溶劑，過氧化物為引發劑合成了三元共聚物。孫哲等以水為溶劑，採用過硫酸銨E 次磷酸鹽為引發體系，合成了; 共聚物即膦醯基羧酸，該共聚物有優良的阻碳酸鈣和磷酸鈣垢，並具有一定的緩蝕能力。夏明珠等以;;，;=.> 等為原料，合成了一種含膦基、羧基和磺酸基的共聚物，該聚合物含磷量低，對碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、矽酸鹽、及鋅鹽沉積具有優良的阻垢作用，且具有較好的分散氧化鐵、二氧化矽等的性能。
緩蝕劑在整個水處理化學品中，緩蝕劑所占的分額最大，經過半個世紀的研究開發，主要形成了無機緩蝕劑（磷酸鹽、鋅鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、鉻酸鹽等）和有機緩蝕劑（有機膦酸鹽類、有機羧酸類及含磷共聚物類等）。由於自身缺陷的存在，水處理緩蝕劑從最初的鉻酸鹽、聚磷酸鹽到有機膦酸鹽；從高磷、含金屬的配方到低磷、全有機配方；從單一配方到複合配方，顯示出水處理緩蝕劑正朝著多品種、高效率、低毒性等方向發展。近幾年來，國內外研究學者不斷研究開發出新品種、新配方。有機膦酸類是陰極型緩蝕劑，是目前研究最多的一個系列；有機膦羧酸共聚物同時含有膦醯基和羧基，兼具有阻垢、分散、緩蝕性能。該系列已形成後期開發套用的水處理劑。
分子中同時引入基團和基團，因此具有獨特的緩蝕阻垢性能。其緩蝕效果、耐氧化性均優於等第一代產品，且穩定性能高，並具有優異的穩定鋅離子作用。國外傳統的合成.@5&; 的方法涉及到劇毒的氰化物，對環境造成二次污染，且工藝路線複雜，反應條件苛刻。國內殷德宏等以亞磷酸二乙酯與順丁烯二酸二乙酯以及丙烯酸乙酯為原料，在強鹼性催化條件下，用一步法合成.@5&;。該反應條件溫和、工藝流程簡單、無毒; 化學穩定性好，不易分解成正磷酸鹽。同時它能在水中形成金屬保護膜，有效防止金屬腐蝕，與相比，緩蝕能力大大提高。它能適用於軟水、低硬度水，毒性低，相溶性好，與L4# M復配增效作用明顯。8.; 是目前緩蝕性能最好的膦系產品。國外合成過程因涉及到劇毒的氰化物，易造成環境污染；且工藝路線複雜，反應條件苛刻。殷德宏等以二烷基亞磷酸酯與乙醛酸為原料B "J C，經一步反應得到8.;。
合成路線為：該反應條件溫和，生產操作易控制，無毒，產品化學穩定性好，不易水解，不易被酸鹼所破壞，使用含量低，緩蝕效果好。#" $ .F&;.F&; 是#$ 世紀A$ 年代開發的一種大分子有機膦酸。其結構特點是，將具有緩蝕性能的膦醯基和具有阻垢分散性能的羧基、酯基和磺酸基等官能團，通過自由基共聚反應引入到同一分子中，是一種兼具阻垢和緩蝕的多功能的低磷水處理化學品，同時也是一種有效的鋅鹽穩定性。目前，將膦醯基團引入到羧酸類聚合物高分子主鏈上有# 種方法，其中以不飽和有機磷酸為基本單體，輔助其他不飽和羧酸或不飽和磺酸單體通過自由基共聚反應而得的方法較常用B "N C。#" % 共聚物緩蝕劑人們發現某些共聚物不但具有阻垢分散作用，而且還具有緩蝕作用，因此近年來國外大力研究共聚物緩蝕劑，以代替無機磷酸鹽、鋅鹽、有機磷酸鹽或磷酸酯等緩蝕劑，用於配製不含有機磷的全有機配方。如粟田公司的馬來酸# 戊烯共聚物、不飽和酚# 不飽和磺酸和不飽和羧酸共聚物；片山公司的聚烷撐二醇丙烯醚# 不飽和羧酸共聚物。
除以上所述新型緩蝕劑外，還有氨基磷酸、烷基環氧羧酸酯、無磷鎢系緩蝕劑、有機矽緩蝕劑等。! 環境友好水處理劑在使用各種性能良好的水處理劑過程中，人們發現其對環境的污染卻不可避免。比如，有機磷酸中磷的排放易產生富營養化，破壞生態平衡；鉻酸鹽、亞硝酸鹽等無機緩蝕劑具有較大的毒性；在某些水處理劑製備過程中使用的原料（如氰化物等）含有毒性，也在一定程度上限制了水處理劑的開發及套用。因此，研製開發性能良好且環境友好水處理劑是目前的研究熱門。
環境友好水處理劑又稱綠色水處理劑，是指製備過程清潔，使用過程對人體健康和環境無毒性，並可生物降解成對環境無害物質的一類新型水處理劑。目前主要有烷基環氧羧酸鹽（$%&）、聚天冬氨酸型（’$(’）和聚環氧琥珀酸型（’%($）。!" # ’$(’聚天冬氨酸是近年來受海洋動物代謝啟發而研製開發的一種生物高分子，具有優異的阻垢分散性能和良好的生物可降解性，是目前公認的綠色聚合物和水處理劑的更新換代產品。’$(’ 的製備通常是先由原料合成中間體聚琥珀醯亞胺（’()），然後將中間體在酸或鹼的催化作用下，進行水解生成聚天冬氨酸（鹽），最後經酸化、分離提純後即得到純化的’$(’* +, -。其中製備中間體’() 是合成’$(’ 的關鍵。趙柱等發明了一種氨基磺酸和有機鹼改性的聚天冬氨酸鈉或鉀* ". -，由該方法得到的改性聚天冬氨酸鈉（鉀）藥劑易配製，生產成本較低，具有優良的緩蝕和阻垢性能。陸柱等發明了一種以無毒、無刺激性的聚天冬氨酸為主要的阻垢成分* "+ -，以不產生公害的鎢酸鹽為緩蝕成分，再加入檸檬酸鈉、苯並三氮唑、鋅鹽等輔助成分，充分利用各組分間的協同效應，得到一種具有緩蝕和阻垢作用的多功能複合水處理劑。!" $ ’%($’%($ 是一種無磷、非氮且具有良好的生物降解性的綠色水處理劑，具有很強的抗鹼性，在高鈣、高硬度水中，其阻垢性能明顯優於常用的有機磷酸類阻垢劑。聚環氧琥珀酸的製備通常以/$ 為原料，水解生成馬來酸鹽，再以鎢酸鈉為催化劑，在過氧化氫中把馬來酸鹽環氧化成環氧琥珀酸鹽，然後將環氧琥珀酸鹽甲酯化或乙酯化，在無溶液體系或惰性溶劑體系中開環聚合、水解，得到聚環氧琥珀酸。其合成反應式如下* "" -。熊蓉春等以馬來酸酐為原料，以過氧化物催化劑（&01 $）和釩系催化劑（&01 2）進行環氧化反應，以稀土催化劑3&01 &4進行聚合，得到聚環氧琥珀酸*"5-。該阻垢劑具有用量少、阻垢性能好、適用範圍廣等優點。!" ! $%&烷基環氧羧酸鹽是一種無毒、耐氯、耐溫和優良的阻碳酸鈣垢性能的無磷綠色水處理劑。$%& 阻碳酸鈣垢性能優於磷酸鹽，對鹵素穩定，鈣容忍度較高，且對67（89）"是一種有效的沉積抑制劑*"! -。% 絮凝劑絮凝劑主要用於飲用水、城市污水、工業廢水和工藝水處理， 其中造紙工業的絮凝劑用量約占!.:。按化學成分的不同，絮凝劑主要可分為" 大類，無機絮凝劑和有機絮凝劑。%" # 無機絮凝劑無機低分子絮凝劑主要包括鋁鹽（如硫酸鋁、氯化鋁）和鐵鹽（如硫酸亞鐵、三氯化鐵）。無機低分子絮凝劑聚集速度慢，形成的絮狀物小，腐蝕性強，在某些場合淨水效果不理想。無機高分子絮凝劑既有吸附脫穩作用，又可發揮橋聯和卷掃絮凝作用，其生產及套用正得以迅速發展。無機高分子絮凝劑品種多樣，見表"* "; -。表" 無機高分子絮凝劑種類及名稱類型名稱陽離子型聚合氯化鋁聚合硫酸鋁聚合磷酸鋁聚合氯化鐵聚合硫酸鐵聚合磷酸鐵陰離子型活化矽酸聚合矽酸無機複合型聚合氯化鋁鐵聚合矽酸鋁聚合矽酸鋁鐵聚合硫酸鋁鐵聚合矽酸鐵聚合磷酸鋁鐵!" # 有機絮凝劑在近代廣泛採用的水處理絮凝劑中，有機高分子絮凝劑占有重要的地位，該絮凝劑分子質量大，官能團多，具有很強的吸附架橋能力。與無機絮凝劑相比，有機高分子絮凝劑用量少，絮凝效果好，種類繁多，且產生的絮體粗大，沉降速度快，處理過程時間短，產生的污泥容易處理，已廣泛地套用在製革、石油、印染、食品、化工、造紙等工業的廢水處理中。有機絮凝劑一般可分為" 大類：合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子改性絮凝劑和微生物絮凝劑。合成有機高分子絮凝劑一般都是水溶性聚合物，按官能團離解後所帶的電荷性質可分為陽離子型、陰離子型和非離子型。非離子型絮凝劑包括聚丙烯醯胺和聚氧化乙烯。丙烯醯胺與丙烯酸鹽共聚合，或聚丙烯醯胺水解，都能生成陰離子型聚丙烯醯胺。陽離子型聚合物可通過乙烯聚合、高分子反應和縮合等途徑合成，分子質量比前# 者較低，絮凝效果和無機絮凝劑相似9 #: ;。人工合成有機高分子絮凝劑雖然發展迅速，但還存在著生物降解難、殘留單體有毒等問題。而經改性後的天然有機高分子絮凝劑，則具有無毒、易生物降解、原料來源廣泛等優點，因此顯示了良好的套用前景。天然有機高分子改性絮凝劑主要包括澱粉類、纖維素類、含膠植物類、多糖類及蛋白質等類衍生物9 #< ;。無機和人工合成的有機高分子絮凝劑在使用過程中的不安全性和給環境造成的二次污染已引起人們的重視。而微生物絮凝劑正是一種安全、無毒、無二次污染的新型有機高分子絮凝劑，是利用生物技術，通過細菌、真菌等微生物發酵、抽提、精製而得到。微生物絮凝劑包括機能性蛋白質和機能性多糖類物質。目前研究得比較透徹的有醬油麴黴、擬青黴屬微生物、紅平紅球菌等，也在開發混合菌株產生的絮凝劑
結語
我國水處理劑的研究開發已取得一定的成果，尤其是近年來，我國陸續開發出新型水處理劑，填補國內空白。但由於我國水處理劑的工業發展歷史較短，基礎相對薄弱，與國外相比，技術落後、整體水平不高。因此，隨著全球環保意識的提高，我國水處理劑的開發應以性能良好、無毒、無污染的多功能、環保、高效水處理劑為主方向。
