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利用表面張力預(yù)測藥劑性能：ATMP、IDPA與PAA的阻垢緩蝕效能評估
來源：南京化工學(xué)院學(xué)報(bào) 瀏覽 183 次 發(fā)布時間:2026-06-05
1.3 靜態(tài)阻垢性能測定
PAA、ATMP、IDPA(Ⅰ, Ⅱ)的靜態(tài)阻垢性能測定結(jié)果列于表3。表4是復(fù)合配方的靜態(tài)阻垢性能測定結(jié)果。
| 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。
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 緩蝕性能測定
ATMP、IDPA(Ⅰ)、IDPA(Ⅱ)的緩蝕性能測定結(jié)果示于表5。復(fù)合配方的緩蝕性能測定結(jié)果示于表6。
| 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)時間96小時。
| 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)，具有兩個負(fù)電荷的能力，它們本身就是螯合劑，能以一個以上的配位鍵與陽離子結(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時緩蝕率達(dá)95%，60mg/l以上時試片上出現(xiàn)彩色條紋的保護(hù)膜；IDPA在20mg/l時緩蝕率達(dá)97%，60mg/l以上時試片上出現(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，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。因而用測定表面張力的方法，來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. 用測定表面張力大小的方法，將有助于人們預(yù)測水質(zhì)穩(wěn)定劑或復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑配方的性能。
3. 通過測定表面張力，來研究水質(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。