羧酸聚合物对磷酸钙的阻垢作用和机理

摘要

采用静态阻垢法评定了膦酰基羧酸聚合物(POCA)、聚丙烯酸(PAA)、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物(T-225)、水解聚马来酸酐(HPMA)等四种羧酸类聚合物阻垢剂对磷酸钙的阻垢性能,发现在加药量为25 mg/L时几种聚合物对磷酸钙垢的阻垢率分别为100%,94.6%,36.2%和30.2%.采用分子动力学(MD)方法,模拟计算了四种聚合物与磷酸钙晶体的(110)晶面的相互作用结合能、非键作用能等参数.结果表明:聚羧酸与(110)晶面结合能以及非键作用能的大小排序为POCA＞T-225＞HPMA＞PAA,结合能以及非键作用能越大,说明聚合物与垢晶体的结合越紧密,抑制性能越好;因此它们对磷酸钙阻垢能力大小排序为POCA＞T-225＞HPMA＞PAA.该理论计算与实验室静态阻垢评定结论一致.通过对超分子对关联函数的分析,发现POCA和T-225聚合物中羰基O原子与晶面上Ca2+之间形成了较弱的离子键,但强度远比非键作用小,非键作用主要由库仑作用和范德华作用力提供,且库仑作用的贡献更大.据此合成了马来酸酐-苯乙烯磺酸钠-丙烯酸羟丙酯(MA-SS-HPA)及苯乙烯磺酸钠-丙烯酸羟丙酯-亚磷酸(MA-SS-H3PO3)共聚物,加药量为18 mg/L时对磷酸钙垢的阻垢率分别为94.2%和100%.性能优于POCA.