摘 要

为解决含磷阻垢缓蚀剂对生态环境造成的污染问题，以及循环冷却水当中的结垢和腐蚀问题，本文采用聚环氧琥珀酸(PESA)、聚环氧琥珀酸（PASP）、六次甲基四胺、七水合硫酸锌和马来酸-丙烯酸共聚物（MA-AA）为主要原料进行复配，得到复合环保型无磷阻垢缓蚀剂。

本文将马来酸酐作为原料，通过一步合成法来合成PESA，并确定其具有最佳阻垢和缓蚀效果时的实验条件。同时，将PESA、PASP和其它化合物进行复配，进而得到新型环保型无磷阻垢缓蚀剂，并对该复配产物的阻垢和缓蚀性能进行了探究，确定最佳正交配方和投加量。并对复配物的阻垢性能和缓蚀性能机理进行了研究。

结果表明，复合无磷阻垢缓蚀剂最佳配方中各组分浓度分别为8 mg/L MA-AA、10 mg/L PESA、3 mg/L PASP 、6 mg/L六次甲基四胺和3mg/L七水合硫酸锌。采用碳酸钙沉积法和旋转挂片腐蚀法测得其阻垢率为93%，缓蚀率为91%。通过极化曲线可以看出，该复合无磷阻垢缓蚀剂是通过抑制阳极极化来实现缓蚀的作用；同时，该复合无磷阻垢缓蚀剂在碳钢表面具有一定的吸附作用。其之所以能够抑制碳钢的腐蚀是因为该复合无磷阻垢缓蚀剂能够吸附在碳钢表面,从而在表面形成了一层保护膜。此外，该复合无磷阻垢缓蚀剂破坏了碳酸钙晶体规则的菱面形状，并对碳酸钙晶面生长产生影响，因而抑制了碳酸钙晶体的生长。

关键词：环保型；无磷阻垢缓蚀剂；X-射线衍射；电子扫描显微镜

Abstract

To solve the corrosion and scaling problems in industrial circulating cooling water system, avoid water and environmental pollution caused by using phosphorus water treatment agent. A environmentally friendly composite corrosion and scale inhibitor without phosphate for circulating cooling water system was prepared. It consisting of polyepoxysuccinic acid (PESA), maleic acid -acrylic acid copolymer(MA-AA), polyaspartic acid(PASP), hexamethylenetetramine and zinc sulfate heptahydrate.

The maleic anhydride as raw material, through one step synthesis method to synthesize PESA, and has the best scale and corrosion inhibition effect of experiment conditions were determined. At the same time, PESA, PASP and other compounds were mixed and new environmental protection type non phosphorus scale inhibitor and corrosion inhibitor, and of the compound product scale moderate inhibition performance of inquiry and determine the optimal formulation and dosage. And the scale inhibition performance of composite material and corrosion inhibition mechanism was studied.

The results show that the composite phosphorus free corrosion inhibitor in the best formula of each concentration were 8 mg/L MA-AA 10 mg/L, PESA 3, mg/L PASP 6, mg/L six and 3mg/L seven four methyl amine hydrated zinc sulfate in water. Under certain conditions, the concentration of adding composite non phosphorus corrosion inhibitor for 30mg/L, the inhibition rate and corrosion rate can be as high as 93% and 91%. by polarization curves show that the composite non phosphorus corrosion inhibitor is to achieve inhibition effect by inhibiting the anodic polarization; at the same time, the composite non phosphorus corrosion inhibitor has certain adsorption on the surface of carbon steel, and its adsorption model. It can inhibit similar corrosion of carbon steel is because the composite non phosphorus corrosion inhibitor can be adsorbed on the surface of carbon steel, thus forming a layer of protective film on the surface. In addition, the composite non phosphorus corrosion inhibitor after breaking The degree of integrity of the rules of the calcium carbonate crystal and the growth of the calcium carbonate crystal surface is the effect of the growth of calcium carbonate crystals.

Keywords:Environment friendly，Composite non-phosphate corrosion and scale inhibitor，X-ray diffraction，Scanning electron microscope

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 阻垢缓蚀剂的概述 1

1.2.1 阻垢缓蚀剂的发展历程 1

1.2.2 阻垢缓蚀剂的作用机理 2

1.3 现阶段阻垢缓蚀剂的发展方向 3

1.3.1 对现有的绿色阻垢缓蚀剂进行复配  3

1.3.2 设计更为安全的阻垢缓蚀剂  3

1.3.3 对已有的阻垢缓蚀剂进行改性  4

1.4 本研究的主要工作与技术关键 4

1.4.1 研究目的和内容 4

1.4.2 技术方案 4

第2章 实验过程 5

2.1 实验仪器与试剂 5

2.1.1 实验主要仪器 5

2.1.2 实验主要试剂 5

2.2 实验原理 6

2.2.1聚天冬氨酸的阻垢机理 6

2.2.2 聚环氧琥珀酸的阻垢机理 6

2.3 实验步骤 6

2.3.1 复合无磷阻垢缓蚀剂配方的筛选 6

2.3.2 测定缓蚀性能（旋转挂片腐蚀实验法） 7

2.3.3 测定阻垢性能（碳酸钙沉积法） 9

第3章 实验结果与讨论 11

3.1 合成聚环氧琥珀酸（PESA） 11

3.1.1 PESA合成实验 11

3.1.2 PESA合成影响因素分析 11

3.1.3 PESA阻垢和缓蚀性能的测定 12

3.2 复合无磷阻垢缓蚀剂配方的筛选 13

3.3 复合无磷阻垢缓蚀剂最佳配方筛选实验 13

3.3.1 筛选最佳缓蚀性能配方的正交实验 13

3.3.2 筛选最佳阻垢性能配方的正交实验 15

3.3.3 测定复合无磷阻垢缓蚀剂最佳配方的性能 16

3.3.4 复合无磷阻垢缓蚀剂浓度与性能的关系 17

3.4 复合无磷阻垢缓蚀剂的环境与经济效益分析 18

3.4.1 复合无磷阻垢缓蚀剂的环境效益分析 18

3.4.2 复合无磷阻垢缓蚀剂的经济效益分析 18

3.5 本章小结 19

第4章 复合无磷阻垢缓蚀剂的作用机理研究 20

4.1 复合无磷阻垢缓蚀剂的缓蚀机理研究 20

4.1.1 电化学测试方法（极化曲线测试） 20

4.1.2 扫描电镜（SEM）分析 21

4.2 复合无磷阻垢缓蚀剂阻垢机理研究 22

4.2.1 CaCO₃垢的X-射线衍射（XRD）分析 22

4.2.2 CaCO₃垢的扫描电镜（SEM）分析 23

4.3 本章小结 24

第5章 结果与讨论 25

5.1 总结 25

5.2 创新点 25

5.3 展望 25

参考文献 27

致谢 28

课题论文研究期间公开发表的论文 29

第1章 绪论

1.1 引言

近些年来，各行各业更多的使用循环冷却水系统来节约工厂的用水量。随着循环冷却水的大量推广，该系统的冷却设施的结垢腐蚀问题也逐渐受到人们的重视^[1]。冷却设施的腐蚀使得整个循环冷却系统的使用寿命被大大的降低，严重时会因为冷却系统的泄漏问题导致整个工厂不能维持正常运行，降低了工厂的生产效率。如果不对其进行合理化的控制，将产生难以预料的后果^[2]。

采用化学手段来对冷却水系统进行处理，从而解决循环冷却水系统中的结垢和腐蚀问题造成的危害性后果，即向冷却水中投加相应的化学药剂防止结垢和腐蚀现象的产生^[3]。在国外，运用化学手段来解决循环冷却水系统的结垢和腐蚀问题已有半个多世纪的历史，此方法近几十年来在我国也得到了大量推广和使用，