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摘 要

参考GB/T 16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》对羧甲基菊粉(CMI)进行阻垢性能评价，考察在阻垢剂不同浓度、pH环境、温度、恒温时间下羧甲基菊粉对碳酸钙硫酸钡的阻垢影响。在实验中，取出置于70 ℃水浴锅中静置10 h后的反应液，用0.22 μm水系滤头过滤，由电感耦合等离子光谱仪检测其中阳离子浓度，并计算阻垢率。同时控制CMI浓度为0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L，分别在不同环境下温度收集碳酸钙、硫酸钡的垢样进行XRD、SEM表征并进行分析。结果表明，加入阻垢剂后CaCO₃由原来的方解石晶型转化为方解石与球霰石的混合晶型，可见CMI阻垢剂吸附在碳酸钙微晶上抑制了晶体的生长，并使其产生晶格畸变，抑制了CaCO₃晶体的生长；BaSO₄垢样的出峰位置未发生变化，表明晶型未发生变化，但峰强度随着阻垢剂浓度的增加逐渐减弱，可见CMI改变了BaSO₄晶体原本的生长机制，同时也抑制其生长。

关键词：羧甲基菊粉；阻垢率；XRD表征；SEM表征

Study on scale inhibition performance of carboxymethyl inulin with

Ca² and Ba²

ABSTRACT

The static scale inhibition experiments refered to GB/T 16632-2008 calcium carbonate deposition method were made to investigate the scale inhibition performance of carboxymethyl inulin(CMI). Research the scale inhibition effect of carboxymethyl inulin on calcium carbonate and barium sulfate, under the different concentration of inhibitors, pH environment, temperature and constant temperature. In the experiment, remove the reaction liquid at a temperature of 10 h after being placed in a water bath of 70 ℃, and filter filtration it using 0.22 μm water system. Detecting the cation concentration by inductively coupled plasma spectrometer, and calculate the rate of scale inhibition last. Control the concentration of carboxymethyl inulin of 0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L, and doing the XRD characterization and SEM characterization besides analyzation of calcium carbonate and barium sulfate. It mean the mixed CaCO₃ transformed by calcite crystal original calcite and vaterite adding inhibitor, that is mean the scale inhibitors adsorbed on the surface of calcium carbonate crystallites inhibite the growth of crystals, lead to lattice distortion, of course inhibite the growth of CaCO₃ crystals. The peak position of BaSO4 did not change show that the crystal structure did not change. But the peak intensity increase with the gradually weaken of inhibitor concentration, it mean that the CMI affected the growth mechanism of BaSO₄ , also inhibits the growth of it.

Key words: carboxymethyl inulin; inhibition efficiency; XRD characterization; SEM characterization

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1水垢的危害与除垢方法 1

1.2阻垢剂的发展及种类 2

1.3阻垢剂的作用机理 4

1.4羧甲基菊粉的制备 6

1.5羧甲基菊粉对Ca² 、Ba² 阻垢的研究意义 6

第二章 实验部分 7

2.1阻垢剂的性能评定 7

2.2难溶盐垢的制备及表征 7

2.3实验仪器及试剂 8

2.3.1 本实验所需试剂 8

2.3.2本实验所需仪器 9

第三章 数据处理与分析 10

3.1影响因素分析 10

3.1.1阻垢剂浓度的影响 10

3.1.2 pH环境的影响 10

3.1.3温度的影响 11

3.2难溶盐垢的XRD表征 12

3.2.1 CaCO₃垢样的XRD表征分析 12

3.2.2 BaSO₄垢样的XRD表征分析 13

3.3难溶盐垢的SEM表征 14

3.3.1 CaCO₃垢SEM表征分析 14

3.3.2 BaSO₄垢SEM表征分析 15

3.4难溶盐垢的粒径分析 17

第四章 结果与讨论 19

4.1 结论 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 文献综述

1.1水垢的危害与除垢方法

随着经济的快速发展，工业制造业中的废热处理量加剧，这些热量大多采用水冷却的方法去除，而废水对生产的影响日益严重。而且，当下工业废水的肆意排放，对大自然的环境造成了极大的影响，显而易见，小时候的清澈河水，可以任意的水中洗澡玩耍，乃至洗衣做饭，而现在，河流淤泥浑浊，更甚者散布着化工污染物质，散发着恶臭，由此可见，废水的处理在当今二十一世纪发展中国家是重要的绿色化工的研究重点。同时，伴随着人民生活水平的提高，蔚蓝的天空，绿意盎然的大自然，更重要的是安全绿色无污染的饮用水显得更为重要。百姓对生活用水的要求也不断提高，生活用水的质地问题也显得尤为重要。在工业废水的治理过程中，尤其是化工管道的冷却、设备的冷却以及反应过程中原料的冷却在反应中，循环冷却水的用量日益增加。伴随着循环水不断浓缩蒸发、成垢金属离子的浓度将不断增大，当过饱和时极易在设备、管道表面形成水垢。水中盐类有碳酸盐，硫酸盐，磷酸盐等，最显而易见的是烧水的时候水壶中的结垢物质，虽然他们的溶解度都不一样，但其原理为将金属离子络合后形成稳定的络合物溶于水中^[1]。这些水中的盐垢的存在将产生很大的影响，使得生产能耗增加，其次生产过程中的沉淀物比如强酸强碱。或者其他腐蚀性物质特别容易诱发垢下腐蚀，从而造成设备穿孔泄露，使得设备使用时间缩短^[2]。与此同时水垢过厚有可能造成局部温度过高，造成安全事故，可见工业水的腐蚀结垢问题阻滞了工业的发展。目前存在的除垢方法有离子树脂交换法（将成垢离子通过树脂上活性基团置换出来，但是成本较高，只适用于很小的水循环体系）、高压水喷射除垢（高压水枪直接对污垢喷射，特点是效率高，耗水多，装机容量大，清洗后无法快速安全排垢）、石膏晶种防垢法（加入石膏晶种，让钙离子在晶种上结垢，水体粘度增大，影响传热、蒸发）、以及碱煮-酸洗法^[3]（用纯碱洗液清洗，再酸洗，多去除硫酸盐，但是操作步骤繁多）等方法，因为向水中添加阻垢剂具有不腐蚀设备、处理水量大、操作简单等优点，所以目前工业生产中为了降低水垢的危害，多是采用添加阻垢剂的方法进行除垢。

随着工业的发展，当前环保压力逐渐增大，绿色化工、无污染的绿色化学品逐渐成武当下的研究重点。

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