阻垢劑的應(yīng)用與發(fā)展

減少污染生長，提高傳統(tǒng)效應(yīng)，減少能源和原材料消耗，是許多工業(yè)生產(chǎn)過程的共同愿景。目前,工業(yè)上所用的阻垢方法可以分成兩大類,即物理方法和化學(xué)方法。前者包括靜電場、磁場和超聲波的利用;晶種技術(shù);抗粘附材料、高分子涂層的應(yīng)用;設(shè)備在線機(jī)械法防垢和設(shè)計及操作條件的優(yōu)選等。化學(xué)軟化法、酸化法、碳化法以及阻垢劑的應(yīng)用都屬于化學(xué)方法。物理阻垢方法雖然在某些特定條件下有所應(yīng)用,但其阻垢效果尚無法和化學(xué)法相比。化學(xué)法中軟化處理法系從消除水溶液中成垢離子的角度實(shí)現(xiàn)防垢目的,其處理費(fèi)用較高,適用于對原水水質(zhì)要求高的場合。在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,由于酸化法和碳化法可能造成設(shè)備的腐蝕并使配套設(shè)施復(fù)雜化等弊端,現(xiàn)已很少使用。目前,在國內(nèi)外循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中普遍采用阻垢劑,以防治換熱表面的結(jié)垢,這種防垢措施的優(yōu)點(diǎn)是方便、經(jīng)濟(jì)和高效。阻垢劑是一種能阻止無機(jī)鹽類,尤其是CaCO3、CaSO4、Ca3(PO4)2、Mg(OH)2等負(fù)溶解性難溶鹽的沉積成垢,目前在工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、海水淡化、鍋爐、地?zé)豳Y源開發(fā)以及油氣田等眾多場合中得到了廣泛應(yīng)用。1全有機(jī)水處理技術(shù)的發(fā)展歷程阻垢劑的早期應(yīng)用可追溯到30年代,當(dāng)時所用的阻垢劑多為天然產(chǎn)物(如木質(zhì)素和丹寧等),在組成和性能上并不穩(wěn)定。加酸(硫酸或鹽酸)控垢也是這一年代所用方法之一。到了40年代,人們已經(jīng)能夠利用Langelier指數(shù)或Ryznar指數(shù)預(yù)測水的結(jié)垢傾向,但在技術(shù)上仍采用加酸調(diào)pH值的控垢手段。在50年代,人們主要關(guān)注金屬腐蝕的防護(hù)問題,阻垢技術(shù)并沒有多大進(jìn)展。進(jìn)入60年代,由于石油化工的大規(guī)模發(fā)展,對循環(huán)冷卻水的水質(zhì)提出了越來越高的要求,相應(yīng)的排放對環(huán)境的影響也日漸受到重視。在此背景下,開發(fā)了合成水溶性聚合物、有機(jī)膦酸化合物(包括有機(jī)膦酸酯和有機(jī)膦酸鹽等),開創(chuàng)了現(xiàn)代冷卻水阻垢技術(shù)的新局面。其中,有機(jī)膦酸化合物的開發(fā)起源于核材料的萃取分離,幾十年來它幾乎已經(jīng)成為磷系冷卻水處理配方中難以取代的一員。1967年,人們又成功地利用這些聚合物和有機(jī)膦化合物,開發(fā)出全有機(jī)非重金屬冷卻水處理方案,即有機(jī)膦酸鹽、聚合物和天然有機(jī)物復(fù)合配方。該方案首次提供了在堿性冷卻水條件下抑制腐蝕和結(jié)垢的方法,這一技術(shù)上的突破,對冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展有特殊意義。70年代,阻垢劑得到迅猛發(fā)展。低分子質(zhì)量聚丙烯酸、水解聚馬來酸酐及各種共聚物被用于磷系配方中,使水處理技術(shù)上升到一個新水平。1977年,第一個可穩(wěn)定磷酸鈣的合成聚合物獲得專利,隨后的短短幾年內(nèi),一些用于穩(wěn)定硫酸鈣、磷酸鈣和用于分散鐵氧化物以及作其它特殊用途的二元、三元共聚物紛紛出現(xiàn)并投入使用。這使得原有的無機(jī)磷藥劑得到改進(jìn),在很大程度上克服了易產(chǎn)生磷酸鈣垢的弊病,從而可用于較苛刻的水質(zhì)條件。在有機(jī)膦藥劑的開發(fā)方面,為了適應(yīng)高濃縮倍數(shù)的需要,出現(xiàn)了2-膦酰基-丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)。在此期間,關(guān)于阻垢劑作用機(jī)理等研究工作也逐步開展起來,水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)和藥劑的制備被確認(rèn)為一門新興綜合性應(yīng)用學(xué)科。進(jìn)入80年代,使用包括穩(wěn)定磷酸鈣專用聚合物的堿性磷酸鹽處理方案已經(jīng)普及。80年代中期,2-羥基-膦酰基乙酸(HPA)問世,組成了人們所期望的,可與金屬離子配方相抗衡的全有機(jī)水處理劑。由聚合物及有機(jī)膦組成的全有機(jī)配方受到人們的高度重視,配方不斷更新。90年代,這種水處理方案繼續(xù)得到發(fā)展,新開發(fā)的有機(jī)膦酸(鹽)在阻垢、緩蝕及復(fù)配增效等方面均有明顯提高。其主要特點(diǎn)是分子增大,出現(xiàn)了大分子有機(jī)磷酸(鹽)。它們在國外已經(jīng)商品化,并成為研究開發(fā)的重點(diǎn),如PAPEMP(多氨基多醚基甲叉膦酸)和POCA(膦酰基羧酸)。另外,穩(wěn)定或分散水中多種沉積物的專用聚合物也已能制取。全有機(jī)配方的全面實(shí)施和不斷改進(jìn)將是今后較長一段時期水處理劑發(fā)展的主要方向。我國的水質(zhì)穩(wěn)定劑開發(fā)與研究是從70年代初,隨著13套30萬噸合成氨生產(chǎn)裝置的引進(jìn)開始的,經(jīng)過20多年的發(fā)展,迄今已基本上具備了國外先進(jìn)國家所擁有的一般性技術(shù)和藥劑,能夠滿足國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的應(yīng)用。但在藥劑品種和質(zhì)量上,與國外先進(jìn)國家尚有較大差距,尤其是在高溫、高pH值以及沉積鹽濃度較高的條件下使用的藥劑,差距更大;在藥劑作用機(jī)理方面的研究,目前尚不夠系統(tǒng)、完整和深入。隨著全球環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻,可以預(yù)計,包括阻垢劑在內(nèi)的水質(zhì)穩(wěn)定劑的發(fā)展方向是開發(fā)無毒及無公害的新型高效藥劑。2靜態(tài)法或動態(tài)法在文獻(xiàn)中關(guān)于阻垢劑性能的研究和評價方法的報道多為靜態(tài)法。靜態(tài)法是在一定溫度下,配制一定體積的已知固含量的模擬硬水,加入阻垢劑,通過比較經(jīng)過一定時間后溶液中的沉積量相應(yīng)于空白條件的變化來反映阻垢劑的作用效果。對沉積量可用EDTA滴定剩余硬度及過濾稱重等直接測定法或用測量溶液電導(dǎo)率及光密度等間接方法來確定。靜態(tài)法的最大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單,試驗(yàn)周期短,可同時進(jìn)行大批量的試驗(yàn),但這種方法本身帶有很大的局限性。為此,周本省針對冷卻塔中充分曝氣條件的模擬提出了“鼓泡法”,與傳統(tǒng)的靜態(tài)法相比,該法對阻垢劑的性能差別具有較好的分辨力,但這類方法還只適用于阻垢劑的初選。用監(jiān)測污垢的動態(tài)法評價阻垢劑性能,對于阻垢劑的應(yīng)用有指導(dǎo)作用。動態(tài)法是在模擬換熱器運(yùn)行工況條件下操作并對操作參數(shù)進(jìn)行精確控制,通過監(jiān)測垢厚、傳熱溫差及污垢熱阻等因素,得出阻垢劑對傳熱面結(jié)垢的抑制效果[5、7]。這種方法可靠性高,但操作相對復(fù)雜。在上述研究中,可根據(jù)需要采用高倍顯微觀測、掃描電鏡、電子探針或X射線衍射等方法分析阻垢劑對結(jié)垢晶型的影響,還可通過能譜分析、ζ電位測定等來考察阻垢劑與表面及分散顆粒間的作用。3氣調(diào)與結(jié)晶動力學(xué)從文獻(xiàn)看,有關(guān)阻垢劑抑制成垢鹽類在溶液中結(jié)晶的報道要遠(yuǎn)比抑制其在傳熱面上結(jié)垢的報道為多。這是因?yàn)閷τ谌芤后w系內(nèi)結(jié)晶的研究較為方便,而對傳熱面上結(jié)垢的研究卻要困難一些。早在1939年,Hatch和Owen就對用(NaPO3)6穩(wěn)定CaCO3的作用進(jìn)行了研究,他們考察了(NaPO3)6劑量、溶液溫度及Ca(HCO3)2濃度對穩(wěn)定效果的影響。發(fā)現(xiàn),提高(NaPO3)6濃度,CaCO3的沉積量會減少,但(NaPO3)6濃度高過某一值后,CaCO3的沉積量不再變化;提高溶液溫度及增大Ca(HCO3)2濃度均會削弱(NaPO3)6的作用效果。他們認(rèn)為,在(NaPO3)6的用量較低時,CaCO3晶核可吸附(NaPO3)6,從而阻止了本身的成長,使其限制在膠體顆粒的尺度內(nèi)。在同一時期,Buehrer和Reitemeier對微量的包括(NaPO3)6在內(nèi)的偏磷酸鈉鹽對CaCO3自氨溶液中沉淀析出的阻滯作用進(jìn)行了高倍顯微觀測和X射線晶型分析,并采用化學(xué)分析法對沉積物中的鈣、磷比進(jìn)行了測定。他們的研究表明:偏磷酸鹽的存在可使CaCO3沉積的晶體量減少,并由原來的斜方體方解石晶型轉(zhuǎn)變?yōu)閹в谢兊木?KOH的存在能使原來不具有抑制CaCO3析出作用的NaPO3產(chǎn)生這種作用;試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),在偏磷酸鹽含量超過0.6mgL后,沉積物中的Ca與P的比可達(dá)300且不變。因此,他們認(rèn)為,偏磷酸鹽在CaCO3晶面上的吸附對CaCO3的結(jié)晶過程起到一種干擾作用,這就是CaCO3沉積阻滯的內(nèi)在原因。Reddy和Nancollas研究發(fā)現(xiàn),幾種有機(jī)膦酸衍生物(ENTMP、HTMP、NTMP及HEDP)均能大幅度降低CaCO3生長速率,試驗(yàn)是在25℃且加晶種條件下進(jìn)行的。試驗(yàn)結(jié)果表明,這些有機(jī)膦酸衍生物有可能作為海水淡化蒸發(fā)裝置的阻垢劑。Liu和Nancollas采用晶種生長法考察了EDTA、ENTMP和TENTMP對CaSO4·2H2O結(jié)晶動力學(xué)的影響,試驗(yàn)溫度為25℃。發(fā)現(xiàn),EDTA對CaSO4·2H2O的結(jié)晶幾乎沒有影響,而ENTMP和TENTMP均能顯著降低CaSO4·2H2O的結(jié)晶速率,且使結(jié)晶過程出現(xiàn)了誘導(dǎo)期。通過顯微觀察發(fā)現(xiàn)CaSO4·2H2O生長速率減緩且結(jié)晶習(xí)性也發(fā)生了變化。利用晶種生長法,Nancollas等還考察了120℃下有機(jī)膦酸DENPMP對CaSO4·12H2O結(jié)垢過程的影響。試驗(yàn)是在特殊設(shè)計的高壓釜中進(jìn)行的。結(jié)果表明,DEN-PMP具有有效的阻垢作用,濃度為10-7molL左右時就能完全抑制CaSO4·12H2O的結(jié)垢。Gill和Nancollas采用放射示蹤法對用14C標(biāo)記過的TENTMP在CaSO4·2H2O晶體上的吸附情況作了專門研究,試驗(yàn)是在25℃和較寬范圍的離子強(qiáng)度及pH條件下進(jìn)行的。他們還考察了CaSO4·2H2O在溶液中和加熱金屬表面上結(jié)晶動力學(xué)過程。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在TENTMP存在下,CaSO4·2H2O晶種的生長出現(xiàn)了較長的誘導(dǎo)期,生長速率也明顯減緩,但經(jīng)過一段時間后,結(jié)晶生長速率又回升到接近空白條件下的生長速率。對吸附作用的研究表明,吸附只占據(jù)了晶體表面不到4%的面積。Xyla等實(shí)驗(yàn)研究了有機(jī)膦化合物的分子結(jié)構(gòu)與抑制CaCO3晶體析出能力的關(guān)系。他們采用間歇反應(yīng)器在25℃,pH=8.50和恒定過飽和度條件下,對DDPE、BDBA、BPDMI及DHHPA等4種化合物進(jìn)行了對比試驗(yàn)。其中,DDPE及BDBA的分子結(jié)構(gòu)中均含有P—C—C—P鍵。BPDMI的分子結(jié)構(gòu)中的兩個P—C鍵被一個五元環(huán)分割開來。DHHPA的分子結(jié)構(gòu)中僅有一個P—C鍵。結(jié)果表明,上述有機(jī)膦化合物對CaCO3沉積都有很好的抑制效果,即使在高溫下也是如此。而其中以含有P—C—C—P鍵的DDPE和BDBA的性能為最好;分子中兩個P—C鍵被五元環(huán)分割開的BPDMI與分子中僅有一個P—C鍵的DHHPA性能相近。周本省等采用“鼓泡法”考察了甲叉膦酸系列(HO)2OPCH2{N[CH2PO(OH)2]CH2CH2}nN[CH2PO(OH)2]2(其中,n=0,1,2,3)中的4種甲叉膦酸:ATMP、EDTMP、DETPMP及TETHMP對CaCO3、SrCO3和BaCO3析出的抑制作用。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),上述藥劑對這4種鹽的沉積析出抑制能力按下列次序排列:TETHMP>DETPMT>EDTMP>ATMP;四種甲叉膦酸分子中每一個—CH2PO(OH)2官能團(tuán)對抑制沉積能力的貢獻(xiàn)彼此接近。水溶性聚合物可作為阻垢劑使用,但其相對分子質(zhì)量對阻垢效果影響顯著。早在1961年,Jone就發(fā)現(xiàn),相對分子質(zhì)量在5000~400000范圍內(nèi)的羧甲基纖維素(CMC),隨其相對分子質(zhì)量的增加會導(dǎo)致阻垢性能的下降,且在高相對分子質(zhì)量時幾乎無阻垢性能;1970年,Flesher等人在評價若干聚電解質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn),在高溫下能有效抑制CaSO4垢的聚丙烯酸鹽,其相對分子質(zhì)量在200~750000范圍內(nèi)時,隨其值的增大阻垢率在下降。1984年,Amjad進(jìn)一步研究了聚丙烯酸對在換熱器表面生成CaSO4·2H2O垢的影響,指出聚丙烯酸的相對分子質(zhì)量對從水溶液中析出CaSO4·2H2O晶體的過程起著重要的控制作用,在高相對分子質(zhì)量(如240000)下比在低相對分子質(zhì)量(如2100)時效果要好得多。值得注意的是,并不存在聚合物相對分子質(zhì)量越高阻垢率越低的結(jié)論。如聚丙烯酸,當(dāng)相對分子質(zhì)量超過某一極限時,又會出現(xiàn)令人滿意的阻垢性能;Shaheen和Dixit對海水淡化過程的阻垢研究表明,相對分子質(zhì)量較低的聚丙烯酸鈉(84500)和高相對分子質(zhì)量的聚丙烯酸鈉(190000)的阻垢效果幾乎相同。此外,聚合物的相對分子質(zhì)量的分布對阻垢性能也有顯著影響。Solomn[21、22]指出,即使平均相對分子質(zhì)量相同的丙烯酸類聚合物,因其相對分子質(zhì)量分布的不同亦會呈現(xiàn)不同的阻垢性能。如具有窄分布的聚丙烯酸,當(dāng)其相對分子質(zhì)量在2000~4000范圍內(nèi)時,阻垢性能較好,而寬分布的聚丙烯酸則根本沒有阻垢性能。因此,進(jìn)一步探討相對分子質(zhì)量分布對聚合物阻垢性能的影響是很有實(shí)際意義的。在循環(huán)冷卻水中使用的聚電解質(zhì)阻垢劑,目前仍以低相對分子質(zhì)量為常見。此外,某些早期使用的天然高分子物質(zhì)也受到了重視。Shah等人研究了低相對分子質(zhì)量的聚馬來酸鈉及聚丙烯酸鈉等低相對分子質(zhì)量聚合物和天然產(chǎn)物丹寧、羧甲基纖維素在冷卻水系統(tǒng)中的阻垢性能。發(fā)現(xiàn),丹寧較上述其它藥劑對垢質(zhì)有較好的分散性能。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),藥劑量的增加不一定都會增強(qiáng)阻垢效果,當(dāng)藥劑量超過某一最優(yōu)劑量時,聚電解質(zhì)的阻垢效果開始減弱。他們認(rèn)為,高濃度下聚電解質(zhì)與垢質(zhì)離子的共沉積及聚電解質(zhì)之間的相互作用是出現(xiàn)這一現(xiàn)象的可能原因。Sweett等人在研究中發(fā)現(xiàn),某些金屬離子的存在能增進(jìn)聚電解質(zhì)的阻垢效果。在海水淡化蒸發(fā)裝置中使用部分酯化的聚丙烯酸作阻垢劑時,當(dāng)體系中存有約0.2mgL的Al3+、Ma2+或Zn2+時,蒸發(fā)器加熱面上的結(jié)垢在空氣中暴露1min~2min后即會發(fā)生自脫落現(xiàn)象。許多研究者探討了聚電解質(zhì)阻垢作用的機(jī)制。McCartney和Alexander考察了十幾種物質(zhì)對溶液中的CaSO4·2H2O結(jié)晶過程的阻滯作用,發(fā)現(xiàn)在分子鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中帶有固定分布的離子化羧基基團(tuán)的膠體物質(zhì)對CaSO4·2H2O的成核結(jié)晶有明顯的阻滯作用,并認(rèn)為這些物質(zhì)可能被CaSO4·2H2O晶體表面所吸附而起作用,另外還發(fā)現(xiàn)聚合物離子可使CaSO4·2H2O的結(jié)晶習(xí)性有所改變。Wilken用掃描電子顯微鏡觀察了以聚電解質(zhì)處理過的高壓釜上生成的CaCO3晶型,發(fā)現(xiàn)CaCO3結(jié)晶習(xí)性變化顯著,生成一種容易從表面除去的聚集體畸晶。Finan等人利用電加熱方法考察了聚馬來酸對循環(huán)冷卻水在加熱面上結(jié)垢的抑制作用,發(fā)現(xiàn)聚馬來酸的存在改變了CaCO3的結(jié)晶習(xí)性,使垢質(zhì)趨于疏松,并易于被水流沖除。鄭邦乾和朱清泉研究了合成順丁烯二酐共聚物的阻垢作用,考察了溶液中鈣離子濃度、溶液溫度及pH等因素與共聚物阻垢效果的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)降低Ca2+濃度、溫度及pH值等時均可增強(qiáng)阻垢效果。用X射線衍射和電子探針等分析方法研究了共聚物導(dǎo)致無機(jī)鹽(CaCO3和CaSO4)晶體畸變,共聚物的吸附、增溶分散和螯合作用的阻垢機(jī)理,認(rèn)為上述方式的共同作用是這一藥劑的阻垢機(jī)制。Amjad試驗(yàn)研究了幾種聚電解質(zhì)對CaSO4·2H2O在換熱表面結(jié)垢的抑制作用。試驗(yàn)是將內(nèi)通恒溫循環(huán)熱水的U型金屬管浸入一恒溫且盛有一定量CaSO4·2H2O過飽和溶液的容器中,則金屬管表面可生成垢層。對結(jié)垢樣品進(jìn)行了X-射線衍射分析和掃描電鏡觀測,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):不含羥基的聚電質(zhì)起不到顯著的阻垢效果;平均相對分子質(zhì)量相近的聚丙烯酸的阻垢效果優(yōu)于聚甲基丙烯酸;陽離子型聚電解質(zhì)似乎沒有阻垢能力;共聚物的單體組成與阻垢效果關(guān)系密切。值得注意的是,與前面許多研究者不同,Amjad的研究對象是加熱面的垢層,由于試驗(yàn)中溶液與加熱面之間并無相對運(yùn)動,因而Amjad的研究并不包含流體力學(xué)因素的影響。目前,采用動態(tài)法研究阻垢劑性能的報道較少。Libutti等在模擬循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,采用動態(tài)法研究了3種不同相對分子質(zhì)量的聚丙烯酸和兩種甲叉膦酸對傳熱面結(jié)垢的控制效果,并用這兩類藥劑做了CaCO3沉淀分散性能的沉降試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn):甲叉膦酸(ATMP及EDTMP)的抑垢效果優(yōu)于相同質(zhì)量組成的聚丙烯酸鈉;兩種甲叉膦酸的作用效果差別不大,而聚丙烯酸鈉抑垢性能隨相對分子質(zhì)量的增加而減低,高相對分子質(zhì)量(100000)的聚丙烯酸鈉會加重結(jié)垢。他們認(rèn)為,阻垢劑的作用機(jī)制遠(yuǎn)不止于對溶液中成垢離子的穩(wěn)定作用,分散作用也只是阻垢劑阻垢作用的一個方面,而在阻垢劑作用下垢質(zhì)對壁面吸附能力的減弱或沉積方式的變化才可能是主要的作用機(jī)制,沉積方式的變化是指沉積發(fā)生于溶液內(nèi)部而不是沉積在傳熱表面上。鮑其鼐采用動態(tài)法對一些共聚物抑制高硬冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢進(jìn)行了對比研究,發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)酸-弱酸(磺酸-有機(jī)羧酸)型共聚物在高硬冷卻水處理中的獨(dú)特作用,加有這類共聚物的磷系配方可解決高硬冷卻水的結(jié)垢問題。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),壁溫的升高不利于阻垢劑的阻垢作用,而流速的提高則可有利于阻垢作用。對阻垢劑在應(yīng)用中的水解問題、藥效問題以及某些離子(如Fe2+)的存在對藥劑性能的影響等問題的研究也引起了人們的充分重視。這方面的研究對于阻垢劑的選取和合理應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。4o3晶圓形成機(jī)理目前對于阻垢劑作用機(jī)理的看法尚不統(tǒng)一,歸納起來主要有以下幾種觀點(diǎn):1)螯合增溶作用[35、36]:這種觀點(diǎn)認(rèn)為,阻垢劑能與水中Ca2+、Mg2+等陽離子形成穩(wěn)定的可溶性螯合物,從而提高了冷卻水中Ca2+、Mg2+離子的允許濃度,相對來說就增大了鈣、鎂鹽的溶解度。2)閾值效應(yīng)(ThresholdEffect):在水中投加幾種阻垢劑(數(shù)量級為每升數(shù)毫克),可將比按化學(xué)計量比高得多的鈣離子穩(wěn)定在水中。文獻(xiàn)認(rèn)為,產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于阻垢劑的陰離子和金屬陽子的螯合作用并非按化學(xué)計量比而進(jìn)行。而文獻(xiàn)則認(rèn)為是由于CaCO3微晶吸附上阻垢劑后可抑制CaCO3晶體的析出。3)晶格畸變作用[35、36]:在CaCO3微晶成長過程中,若晶體吸附有阻垢劑并摻雜在晶格的點(diǎn)陣中,就會使晶體發(fā)生畸變,或者使大晶體內(nèi)部的應(yīng)力增大,從而使晶體易于破裂,阻礙了沉積垢的生長。4)凝聚與隨后的分散作用[35、36]:對于聚羧酸鹽類聚合物阻垢劑,在水溶液中解離生成的陰離子在與CaCO3微晶碰撞時,會發(fā)生物理化學(xué)吸附現(xiàn)象而使微晶表面形成雙電層。聚羧酸鹽的鏈狀結(jié)構(gòu)可吸附多個相同電荷的微晶,它們之間的靜電斥力可阻止微晶的相互碰撞,從而避免了大晶體的形成。在吸附產(chǎn)物又碰到其它聚羧酸鹽離子時,會把已吸附的晶體轉(zhuǎn)移過去,出現(xiàn)晶粒的均勻分散現(xiàn)象。從而阻礙晶粒間及晶粒與金屬表面間的碰撞,減少溶液中的晶核數(shù),進(jìn)而將CaCO3穩(wěn)定在水溶液中。5)再生-自解脫膜假說:Herbert等認(rèn)為聚丙烯酸類阻垢劑能在金屬傳熱面上形成一種與無機(jī)晶體顆粒共同沉淀的膜,當(dāng)這種膜增加到一定厚度時,會在傳熱面上破裂并脫離傳熱面。由于這種膜的不斷形成和破裂,使垢層生長受到抑制,此即“再生-自解脫膜假說”。此假說在實(shí)質(zhì)上反映了阻垢劑的“消垢”機(jī)制。關(guān)于這一假說,尚有異議。6)雙電層作用機(jī)理:對有機(jī)膦酸類阻垢劑的阻垢作用,Gill等提出了雙電層作用機(jī)理。認(rèn)為阻垢劑的作用是在生長晶核附近的擴(kuò)散邊界層內(nèi)富集,形成雙電層并阻礙成垢離子或分子簇在金屬表面的聚結(jié)。他們還認(rèn)為,阻垢劑與晶核(或垢質(zhì)分子簇)之間的結(jié)合是不穩(wěn)定的。以上幾種機(jī)理表示出目前人們對阻垢作用的認(rèn)識水平,由于它們都帶有不同程度的推測,因而人們在對具體結(jié)垢問題的分析時,往往將阻垢作用歸結(jié)為多種機(jī)理的復(fù)合作用,這反映當(dāng)前人們對阻垢機(jī)理的認(rèn)識還相當(dāng)籠統(tǒng)