第七章 水處理化學(xué)品

1、第七章第七章 水處理劑水處理劑精細(xì)化工工藝學(xué)（精細(xì)化工工藝學(xué)（Fine Chemicals Technology)Fine Chemicals Technology)（1）水處理劑即水處理化學(xué)品。它主要是指為了除去水的大部分有害物質(zhì)）水處理劑即水處理化學(xué)品。它主要是指為了除去水的大部分有害物質(zhì)（如腐蝕物，重金屬及（如腐蝕物，重金屬及Ca2+、Mg2+離子，污垢和微生物等）得到符合要求離子，污垢和微生物等）得到符合要求的民用或工業(yè)用水而在水處理過(guò)程中添加的化學(xué)藥品。的民用或工業(yè)用水而在水處理過(guò)程中添加的化學(xué)藥品。7.1概述概述水處理的意義和作用：水處理的意義和作用：水處理對(duì)于提高水質(zhì)、防止結(jié)垢、

2、腐蝕、菌藻滋水處理對(duì)于提高水質(zhì)、防止結(jié)垢、腐蝕、菌藻滋生和環(huán)境污染，保證工業(yè)生產(chǎn)的高效、安全和長(zhǎng)期運(yùn)行，并對(duì)節(jié)水、節(jié)生和環(huán)境污染，保證工業(yè)生產(chǎn)的高效、安全和長(zhǎng)期運(yùn)行，并對(duì)節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)等方面均有重大意義。能、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)等方面均有重大意義。 （2）通常水處理劑包括三類產(chǎn)品：）通常水處理劑包括三類產(chǎn)品：1通用化學(xué)品：通用化學(xué)品：原指用于水處理的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，如原指用于水處理的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，如Al2(SO4)3等。等。2專用化學(xué)品專用化學(xué)品：包括活性炭、離子交換樹(shù)脂和有機(jī)聚合物，絮凝劑等。：包括活性炭、離子交換樹(shù)脂和有機(jī)聚合物，絮凝劑等。3配方化學(xué)品：配方化學(xué)品：包括緩蝕劑、阻垢劑、

3、殺菌劑、燃燒助劑等。包括緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、燃燒助劑等。7.1概述概述水處理化學(xué)品具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)一性。按應(yīng)用目的可將水處理化學(xué)品分成兩水處理化學(xué)品具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)一性。按應(yīng)用目的可將水處理化學(xué)品分成兩大類。大類。1凈化水：凈化水：PH值調(diào)節(jié)劑、氧化還原劑、吸附劑、活性炭和離子交值調(diào)節(jié)劑、氧化還原劑、吸附劑、活性炭和離子交換樹(shù)脂、混凝劑和絮凝劑等；換樹(shù)脂、混凝劑和絮凝劑等；2特殊工業(yè)目的特殊工業(yè)目的：緩蝕劑、阻垢分散劑、：緩蝕劑、阻垢分散劑、殺菌滅藻劑、軟化劑等。殺菌滅藻劑、軟化劑等。復(fù)配型水處理劑是主要的應(yīng)用形式，具有多功能，應(yīng)用方便的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)配型水處理劑是主要的應(yīng)用形式，具有多功能，應(yīng)用方便的

4、優(yōu)點(diǎn)。 (3)水處理劑在我國(guó)的生產(chǎn)及應(yīng)用狀況：水處理劑在我國(guó)的生產(chǎn)及應(yīng)用狀況：目前，我國(guó)水處理劑的主要品種有阻垢劑、緩蝕劑、分散劑、絮凝劑、殺菌目前，我國(guó)水處理劑的主要品種有阻垢劑、緩蝕劑、分散劑、絮凝劑、殺菌滅藻劑、凈水劑、離子交換樹(shù)脂等幾大類?？偟纳a(chǎn)廠家多是生產(chǎn)能力小，滅藻劑、凈水劑、離子交換樹(shù)脂等幾大類?？偟纳a(chǎn)廠家多是生產(chǎn)能力小，經(jīng)營(yíng)規(guī)模小，生產(chǎn)品種主要是剖析、仿制或依據(jù)國(guó)外專利研制的，發(fā)展和生經(jīng)營(yíng)規(guī)模小，生產(chǎn)品種主要是剖析、仿制或依據(jù)國(guó)外專利研制的，發(fā)展和生產(chǎn)歷史短，科研經(jīng)費(fèi)有限，因此基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)比較落后，整體水平不高，產(chǎn)歷史短，科研經(jīng)費(fèi)有限，因此基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)比較落后，整體水平

5、不高，與國(guó)外相比還有較大差距。與國(guó)外相比還有較大差距。7.1概述概述7.2 阻垢劑阻垢劑 7.2.1 阻垢劑的種類阻垢劑的種類 1 經(jīng)加工天然物質(zhì)經(jīng)加工天然物質(zhì) ：磺化木質(zhì)素、丹寧素。：磺化木質(zhì)素、丹寧素。2 無(wú)機(jī)聚合物：三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等，磷酸酯無(wú)機(jī)聚合物：三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等，磷酸酯3 有機(jī)磷羧酸；有機(jī)磷酸鹽有機(jī)磷羧酸；有機(jī)磷酸鹽4 合成聚合物合成聚合物在工業(yè)水處理中，把加入到水中用于控制產(chǎn)生水垢和泥垢的水處理劑在工業(yè)水處理中，把加入到水中用于控制產(chǎn)生水垢和泥垢的水處理劑稱為阻垢劑。稱為阻垢劑。7.2 阻垢劑阻垢劑 7.2.1 阻垢劑的種類阻垢劑的種類 1 經(jīng)加工天然物質(zhì)經(jīng)加工天

6、然物質(zhì) ：磺化木質(zhì)素、丹寧素。：磺化木質(zhì)素、丹寧素。2 無(wú)機(jī)聚合物：三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等，磷酸酯無(wú)機(jī)聚合物：三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等，磷酸酯3 有機(jī)磷羧酸；有機(jī)磷酸鹽有機(jī)磷羧酸；有機(jī)磷酸鹽4 合成聚合物合成聚合物在工業(yè)水處理中，把加入到水中用于控制產(chǎn)生水垢和泥垢的水處理劑在工業(yè)水處理中，把加入到水中用于控制產(chǎn)生水垢和泥垢的水處理劑稱為阻垢劑。稱為阻垢劑。7.2 阻垢劑阻垢劑7.2.2阻垢分散機(jī)理：阻垢分散機(jī)理：阻垢劑的阻垢分散機(jī)理分為螯合作用、吸附作用阻垢劑的阻垢分散機(jī)理分為螯合作用、吸附作用和分散作用等。和分散作用等。7.2 阻垢劑阻垢劑7.2.3阻垢劑的化學(xué)與工藝阻垢劑的化學(xué)與工藝7.

7、2.3.1有機(jī)多元磷酸有機(jī)多元磷酸有機(jī)多元膦酸是指在分子中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的膦酸基團(tuán)直接與碳原子相有機(jī)多元膦酸是指在分子中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的膦酸基團(tuán)直接與碳原子相連的有機(jī)化合物，按結(jié)構(gòu)可以分為四大類：亞甲基磷酸型、同碳二磷酸型、連的有機(jī)化合物，按結(jié)構(gòu)可以分為四大類：亞甲基磷酸型、同碳二磷酸型、羧酸磷酸類和其它原子膦酸型羧酸磷酸類和其它原子膦酸型氨基三亞甲基膦酸（氨基三亞甲基膦酸（ATMP）的結(jié)構(gòu)式為：）的結(jié)構(gòu)式為：NCH2O3OHOHPm.p.212,無(wú)色晶體，溶于水、乙醇、丙酮等，無(wú)色晶體，溶于水、乙醇、丙酮等，1水溶液的值為水溶液的值為1.40.2。7.2 阻垢劑阻垢劑合成方法有兩種：合成

8、方法有兩種：1. 三氯化磷（或亞磷酸）與氯化銨和甲醛在酸性介質(zhì)中一步合成法。三氯化磷（或亞磷酸）與氯化銨和甲醛在酸性介質(zhì)中一步合成法。PCl3H3PO33HCl3H2O3H3PO3NH4Cl3HCHONCH2PO3H233H2OHCl2. 氮化三乙酸與亞磷酸反應(yīng)合成法。氮化三乙酸與亞磷酸反應(yīng)合成法。N CH2COOH 3H3PO3N CH2PO3H2 3CO23H20方法方法2副反應(yīng)少，產(chǎn)品質(zhì)量好，產(chǎn)率較高，但原料難得，成本高，因此工副反應(yīng)少，產(chǎn)品質(zhì)量好，產(chǎn)率較高，但原料難得，成本高，因此工業(yè)生產(chǎn)多采用方法業(yè)生產(chǎn)多采用方法1。7.2 阻垢劑阻垢劑羥基亞甲基二磷酸（羥基亞甲基二磷酸（HEDP）的

9、結(jié)構(gòu)式為：）的結(jié)構(gòu)式為：CH3COHPPOHOHHOOHOO白色晶體，白色晶體，m.p.198199，易溶于水，甲醇。，易溶于水，甲醇。合成方法合成方法1：以三磷酸和冰醋酸為原料或亞磷酸與醚酐，乙酰氯：以三磷酸和冰醋酸為原料或亞磷酸與醚酐，乙酰氯為原料為原料:7.2 阻垢劑阻垢劑PCl33CH3COOH3CH3COClH3PO3CH3COClH3PO3CH3CPOOOHOHHClCCH3POHOHOOCH3COPOHHOOH2OCCH3POHOHOPOHHOOOHCH3COOH7.2.3.2有機(jī)磷酸羧酸：有機(jī)磷酸羧酸：7.2 阻垢劑阻垢劑其分子中同時(shí)含有其分子中同時(shí)含有-PO3H2和和-COO

10、H基團(tuán)，阻垢和緩蝕性能俱佳。能在高硬基團(tuán)，阻垢和緩蝕性能俱佳。能在高硬度，高堿度，高氯分子含量和高溫度下使用，投資量更少。度，高堿度，高氯分子含量和高溫度下使用，投資量更少。代表性品種：代表性品種：1，1，-二磷酸丙酸基磷酸鈉二磷酸丙酸基磷酸鈉(SDPP)：NaOPOCHCHPO3H2CH2COOHCH2COOHPO3H2能與能與Ca2+、Mg2+等金屬離子形成各種組成穩(wěn)定的絡(luò)合等金屬離子形成各種組成穩(wěn)定的絡(luò)合 物，對(duì)物，對(duì)CaCO3、CaSO4、CaSiO4等均具有優(yōu)良的抑制和增溶作用，對(duì)碳鋼的等均具有優(yōu)良的抑制和增溶作用，對(duì)碳鋼的緩蝕性也很好。緩蝕性也很好。7.2 阻垢劑阻垢劑合成反應(yīng)：合

11、成反應(yīng)：2-磷酸基丁烷磷酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（三羧酸（PBTCA）：）：OHPOOHCCH2CH2COOHCOOHCH2COOH的合成反應(yīng)：的合成反應(yīng)：POHHONaCOOHHCCOOH過(guò)氧化物氧化劑加成反應(yīng)NaOPOCHCHOOHCH2COOHCHCHOOHCH2COOHH3PO3有機(jī)溶劑NaOPOHCPO3H2CH2CH2COOHPO3H2CH2COOH2CH7.2 阻垢劑阻垢劑CH3OPOOCH3HCHCOOCH3HCCOOCH3催 化劑100-150CCH3OPOCCOOCH3OCH3CHCOOCH3(1)(1)H2CCH催化劑Micheal加成CH3OPOOCH3CCOOCH

12、3CH2CH2COOCH3CH2COOCH3COOCH3(2)(2)+5H2O催化劑水解OHPOCCH2CH2COOHCH2COOHCOOHOH7.2 阻垢劑阻垢劑均聚物：聚丙烯酸鈉，聚馬來(lái)酸，聚甲基丙烯酸鈉等。均聚物：聚丙烯酸鈉，聚馬來(lái)酸，聚甲基丙烯酸鈉等。7.2.3.3 合成聚合物的阻垢劑：合成聚合物的阻垢劑：常用的主要是低分子量的聚羧酸類物質(zhì)，常用的主要是低分子量的聚羧酸類物質(zhì)，W104。共聚物：丙烯酸共聚物：丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，馬來(lái)酸酐丙烯酰胺共聚物，馬來(lái)酸酐-丙烯酸聚合物，苯乙丙烯酸聚合物，苯乙烯磺酸烯磺酸-馬來(lái)酸共聚物。馬來(lái)酸共聚物。含有含有-COOH ，SO3H， -OH等官

13、能團(tuán)。等官能團(tuán)。一般聚丙烯酸的聚合度在一般聚丙烯酸的聚合度在10-15，阻垢效果較好。，阻垢效果較好。7.3 緩蝕劑緩蝕劑緩蝕劑是一類能有效地阻止和減少金屬與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而延緩腐蝕的緩蝕劑是一類能有效地阻止和減少金屬與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而延緩腐蝕的添加劑。添加劑。 7.3.1緩蝕劑的種類及特性：緩蝕劑的種類及特性：類型類型藥劑藥劑保護(hù)膜特保護(hù)膜特征征類型類型藥劑藥劑保護(hù)膜特保護(hù)膜特征征鈍化膜型鈍化膜型重鉻酸鹽重鉻酸鹽致密穩(wěn)定致密穩(wěn)定硫基苯并硫基苯并噻唑噻唑聚磷酸鹽聚磷酸鹽膜多孔膜多孔亞硝酸鹽亞硝酸鹽致密致密鉬酸鹽鉬酸鹽膜較薄膜較薄硅酸鹽硅酸鹽膜厚膜厚鎢酸鹽鎢酸鹽膜較薄膜較薄吸附膜型吸附膜型有

14、機(jī)胺類有機(jī)胺類在非清潔在非清潔表面吸附表面吸附性較差性較差鎳鹽鎳鹽與金屬絡(luò)與金屬絡(luò)和不太緊和不太緊密密硫醇類硫醇類表面活性表面活性劑劑較為致密較為致密木質(zhì)素類木質(zhì)素類7.3 7.3 緩蝕劑緩蝕劑7.3.2緩蝕劑的化學(xué)工藝緩蝕劑的化學(xué)工藝：1 鉻酸鹽鉻酸鹽：氧化性強(qiáng)，能與鐵、鋁等金屬形成致密的鈍化膜，常：氧化性強(qiáng)，能與鐵、鋁等金屬形成致密的鈍化膜，常與聚磷酸鹽、水溶性聚合物等組成鉻配方，緩蝕性能極佳。但有與聚磷酸鹽、水溶性聚合物等組成鉻配方，緩蝕性能極佳。但有毒，不主張用。毒，不主張用。2MoS27O2MOO34SO2MoO3 + 2NaOH + H2ONaMoO4.2H2O2鉬酸類鉬酸類：Na

15、2MoO4.2H2O低毒無(wú)公害。低毒無(wú)公害。3 鎢酸鹽：鎢酸鹽：Na2WO4.2H20黑鎢礦用燒堿分解。黑鎢礦用燒堿分解。4NaOH2Na2WO4Fe(OH)2.Mn(OH)2MnWO4.FeWO47.3 緩蝕劑緩蝕劑4 聚磷酸鈉鹽：聚磷酸鈉鹽： (MPO3)n (M：Na、 K) n：14-20絡(luò)合作用，螯合封閉金屬離子。絡(luò)合作用，螯合封閉金屬離子。常見(jiàn)的鎢水處理劑配方：常見(jiàn)的鎢水處理劑配方：Na2WO4，100mg/kg；聚馬來(lái)酸酐：聚馬來(lái)酸酐：4mg/kg； HEDP ：4mg/kg5 雜環(huán)化合物：雜環(huán)化合物：對(duì)鉬及銅合金有特殊的緩釋作用。對(duì)鉬及銅合金有特殊的緩釋作用。硫基苯并噻唑：硫基

16、苯并噻唑：MBT: NSSHNSS-2Cu2+NSS-2Cu7.3 緩蝕劑緩蝕劑制法：制法： CS2NSSHH2SSNH2+7.4 殺菌滅藻劑殺菌滅藻劑 非氧化劑：五氯酚，非氧化劑：五氯酚，2，2-二羥基二羥基-5，5-二氯二氯-二苯基二苯基-甲烷（甲烷（DDT）：）： 氧化型：氯氣；氧化型：氯氣；NaClO； ClO2 ；H2O2 ；KMnO4； O3等。等。 DBNPA： NCCHCNH2BrBrO十二烷基二甲基芐基溴化銨十二烷基二甲基芐基溴化銨(俗稱新潔爾滅俗稱新潔爾滅)。二硫氰基甲烷（二硫氰基甲烷（MBT）高效殺菌殺藻化學(xué)品。）高效殺菌殺藻化學(xué)品。 OHClH2COHCl7.5 絮凝劑

17、絮凝劑 7.5.1分類分類 在水處理時(shí)，向渾水中加入藥劑使水中產(chǎn)生大顆粒凝聚體的在水處理時(shí)，向渾水中加入藥劑使水中產(chǎn)生大顆粒凝聚體的過(guò)程稱為絮凝過(guò)程，加入的藥劑稱為絮凝劑。過(guò)程稱為絮凝過(guò)程，加入的藥劑稱為絮凝劑。無(wú)機(jī)絮凝劑：無(wú)機(jī)絮凝劑：鋁鹽和鐵鹽：鋁鹽和鐵鹽：Al2(SO4)3 ; FeCl3有機(jī)絮凝劑：有機(jī)絮凝劑：陽(yáng)離子型，陰離子型，非離子型。陽(yáng)離子型，陰離子型，非離子型。在原水處理中可用于除濁，脫色，除臭及除去其它雜質(zhì)；在廢在原水處理中可用于除濁，脫色，除臭及除去其它雜質(zhì)；在廢水處理中，用于脫除廢水中的油類，重金屬類，有毒有害物質(zhì)水處理中，用于脫除廢水中的油類，重金屬類，有毒有害物質(zhì)等，絮

18、凝技術(shù)還用于選礦和污泥脫水等。等，絮凝技術(shù)還用于選礦和污泥脫水等。 陽(yáng)離子型：陽(yáng)離子型：聚硫脲鹽酸鹽，水溶性氨基樹(shù)脂，聚硫脲鹽酸鹽，水溶性氨基樹(shù)脂，聚乙烯基吡啶鹽酸鹽。聚乙烯基吡啶鹽酸鹽。7.5 絮凝劑絮凝劑 陰離子型：陰離子型：羧甲基纖維素鈉，藻酸鈉羧甲基纖維素鈉，藻酸鈉 ，聚丙烯酸鈉。，聚丙烯酸鈉。 非離子型：非離子型：聚丙烯酸胺，聚氧乙烯醚等。聚丙烯酸胺，聚氧乙烯醚等。7.5.2有機(jī)高分子絮凝劑：有機(jī)高分子絮凝劑：水溶性線性聚合物，其基本性能時(shí)具有水溶性線性聚合物，其基本性能時(shí)具有“架橋架橋”作用。作用。1.聚二甲基二烯丙基氯化銨（聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDADMA）。）。2NHCH32HCHCCH3CH2ClCH3CH3NH2CHCCH2H2NCH3ClCH3H2NClCH3CH3CH2CHCH2Cl2NaOHNCH3CH3CH2CHCH22H2O2NaCl7.5 絮凝劑絮凝劑 NCH3CH3CH2CHCH2CH2CHCH2ClNCH3CH3CH2CH2ClCHCH2CH2CHNCH3CH3CH2CH2ClCHCH2CH2CHAPS-H2O2CH2CHCHCH2CH2CH2NCH3Cl*CH3n2.聚胺類高分子絮凝劑：聚胺類高分子絮凝劑：1 鹵代烷與氨反應(yīng)鹵代烷與氨反應(yīng)：ClCH2CH2ClCH2CH2NH*nNH37.5 絮凝劑絮凝劑 ClCH2