聚天冬氨酸在水處理上的應(yīng)用及阻垢機(jī)理

在自然環(huán)境中，聚天冬氨酸可被環(huán)境微生物直接分解為小分子產(chǎn)物一天冬氨酸，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的天冬氨酸進(jìn)一步被環(huán)境微生物吸收，其對(duì)自然界是無(wú)污染、無(wú)公害的，因此聚天冬氨酸被公認(rèn)是一種“綠色環(huán)保”型高分子聚合物。由于其分子量分布較寬(800~100000)且具有“綠色環(huán)保”特性，可以在水處理劑、顏料或涂料分散劑、油田開(kāi)采助劑和洗滌助劑的領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的聚丙烯酸(PAC)。

1、在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用
聚天冬氨酸阻垢劑能與 Ca2+、Mg2+、Cu+、Fe3+、Ba2+等離子形成穩(wěn)定可溶螯合物，特別是其能干擾 CaCO3、CaS04和 Ca3(PO4)4晶體的形成過(guò)程，改變鈣垢的品體結(jié)構(gòu)，使之形成可漂浮流動(dòng)的軟垢，避免水垢在換熱器表面和管道中的沉積。
聚天冬氨酸可將微小固體顆粒有效分散，抑制沉淀產(chǎn)生。升高pH值可以增加聚天冬氨酸對(duì) BaTiO顆粒的分散作用,并且由于空間位阻和電荷斥力的共同作用，使得吸附規(guī)律符合Langmuir單層吸附等溫線。

2、聚合物阻垢劑的阻垢機(jī)理
通過(guò)對(duì)水垢結(jié)品動(dòng)力學(xué)、結(jié)垢預(yù)測(cè)模型與各類型緩蝕阻垢技術(shù)的研究和總結(jié)，加深了人們對(duì)聚合物的阻垢機(jī)理和阻垢過(guò)程的認(rèn)識(shí)。普遍認(rèn)為阻垢劑通過(guò)物理與化學(xué)作用干擾水垢的形成和沉淀，從而起到阻垢的效果。阻垢作用機(jī)理可概括為下列幾種觀點(diǎn):

2.1 螯合增溶作用
聚合物阻垢劑普遍為陰離子型。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，阻垢劑可與鈣、鎂鋁等陽(yáng)離子形成穩(wěn)定的可溶性整合物，因此增加了成垢離子在溶液中的溶解度，抑制了無(wú)機(jī)難溶鹽形成，減少水垢在換熱器表面和金屬管道內(nèi)壁的沉積。

2.2 晶格畸變作用
在傳熱器表面形成的水垢主要是CaC0;垢，其形成過(guò)程可分為3個(gè)周期:誘導(dǎo)期、沉淀生長(zhǎng)期和穩(wěn)定狀態(tài)期。在誘導(dǎo)期，阻垢劑利用誘導(dǎo)作用使CaCO;晶格特征發(fā)生變化，形成質(zhì)地松軟的球霰石垢;在沉淀生長(zhǎng)期，阻垢劑能夠吸附在CaCO;微晶表面，如果帶有“雜質(zhì)”的微晶進(jìn)入到CaCO，晶格中，造成晶格發(fā)生畸變，最終形成可漂浮的軟垢。

2.3 閩值效應(yīng)
在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，可將多種阻垢劑復(fù)配使用，其阻垢能力較單一阻垢有明顯提高。姚廣致等人對(duì)阻垢劑的閾值效應(yīng)進(jìn)行了研究，指出在陰離子型阻垢劑與成垢陽(yáng)離子形成的絡(luò)合物的過(guò)程中，中心離子與配體之間的比值不是嚴(yán)格地遵從化學(xué)計(jì)量系數(shù)比。

2.4 凝聚與分散作用
在循環(huán)冷卻水中，聚羧酸阻垢劑能解離成具有多個(gè)負(fù)電荷的離子，經(jīng)過(guò)離子之間的碰撞運(yùn)動(dòng)，使其與CaCO;微晶顆粒發(fā)生物理化學(xué)吸附，抑制了成垢微晶的繼續(xù)生長(zhǎng)，并使原微晶顆粒表面具有雙電層結(jié)構(gòu)。聚羧酸阻垢劑吸附作用使微品表面電荷電位升高，帶負(fù)電的成垢微晶互相排斥減少碰撞形成大品體沉淀物的機(jī)會(huì)。當(dāng)吸附產(chǎn)物與其它阻垢劑離子發(fā)生碰撞時(shí)，會(huì)將自身吸附的成垢微品傳遞出去，易于將成垢微晶分散到水溶液中去，減少溶液中的晶核數(shù)，提高了CaCO;在水溶液中的表觀溶解度。

2.5 再生-自解脫膜假說(shuō)
在換熱器表面與管道內(nèi)壁上，阻垢劑可以同無(wú)機(jī)鹽晶體顆粒形成共同沉淀的膜，在膜厚度超過(guò)某一定特定值時(shí)，其自身發(fā)生破裂脫落并可隨冷卻水循環(huán)流動(dòng)。因?yàn)楣餐恋砟さ男纬珊推屏堰^(guò)程，直接影響到垢層生長(zhǎng)。此假說(shuō)實(shí)際上解釋了阻垢劑的“消垢”機(jī)理，同時(shí)也可對(duì)阻垢劑的分散性做以解釋。

2.6 雙電層作用機(jī)理
阻垢劑發(fā)生吸附作用而形成雙電層結(jié)構(gòu)，可抑制金屬陽(yáng)離子或分子簇在金屬表面的聚結(jié)，但是吸附產(chǎn)物不是穩(wěn)定性的。