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电厂循环水绿色水处理剂缓蚀阻垢性能的研究

作 者: 王钢
导 师: 杨道武
学 校: 长沙理工大学
专 业: 物理化学
关键词: 绿色水处理剂 循环冷却水 缓蚀阻垢 PASP PESA 量子化学计算
分类号: TM621
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 135次
引 用: 1次
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内容摘要


电厂循环冷却水处理的好坏,对电厂的安全经济运行有重要影响,直接关系到电厂的节能、降耗。循环水利用率不高、腐蚀和结垢是循环冷却水系统中存在的主要问题。循环水系统的主要金属材料为碳钢(以A20为代表)和铜(以HSn701为代表)。为解决以上问题,首先用静态挂片法、静态阻垢法、正交法结合塔菲尔极化曲线法研究了PASP和钨酸钠在高浓缩倍率循环水条件下对HSn701的缓蚀阻垢性能;接着,用用静态挂片法、静态阻垢法结合极限碳酸盐法、塔菲尔极化曲线法研究了HEDP等绿色水处理剂在[Ca2+]=[HCO3-]=250 mg/L的模拟循环水中对A20的缓蚀阻垢性能;最后对PASP和PESA进行了量子化学研究。研究结果表明,在高浓缩倍率循环水条件下,用锌盐做添加剂(2mg/L),当缓蚀剂总浓度为80mg/L时,PASP和Na2WO4复配对HSn701具有良好的缓蚀阻垢效果,其最佳复合配方是:40mg/L PASP+40mg/L Na2WO4。两者复配对HSn701的缓蚀具有明显的协同效应。复配方属于抑制阴极为主的混合型缓蚀阻垢剂。在[Ca2+]=[HCO3-]=250 mg/L的模拟循环水中,PESA、HEDP、AA/AMPS三种药剂对A20钢的阻垢性能顺序是:PESA﹥HEDP﹥AA/AMPS;最佳复配方是HEDP 2.5mg/L、PESA1.5 mg/L、咪唑啉1.5 mg/L,最佳pH值范围在8.0-8.5。复配药剂属于抑制阳极为主的混合型缓蚀剂,通过配合作用和晶格畸变二者的协同作用实现阻垢作用。此配方对A20钢具有良好的缓蚀阻垢效果,可有效防止碳酸钙沉积,而且绿色环保、经济高效,能够安全用于循环冷却水系统。量子化学计算表明,PASP和PESA都是柔性分子,不仅对碳酸钙垢有很好的抑制作用,对硫酸盐水垢也起到很好的抑制作用,属于广谱性阻垢剂。亚胺基基团和羧基基团是阻垢基团,其在静电作用下吸附在碳酸钙晶面,通过诱导晶格畸变而阻垢,在有机分子中引入亚胺基和羧基,可以提高分子的阻垢性能。PESA和PASP的EHOMO数值较大,易参与亲核反应,与金属表面的空d轨道形成配位键,增强其缓蚀性能,属于供电子型阴极缓蚀剂。在缓蚀阻垢剂分子设计时,如果能引入亚胺基或者羧基的同时,使其亲核反应能力增强,则能显著提高分子的缓蚀阻垢性能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 研究目的和意义  10-11
  1.2 冷却水系统的概况  11-12
    1.2.1 冷却水系统的分类  11
    1.2.2 电厂循环冷却水处理的重要性  11-12
    1.2.3 电厂循环冷却水运行现状及存在问题  12
  1.3 缓蚀阻垢剂的发展历程  12-14
  1.4 缓蚀阻垢剂的分类  14-15
    1.4.1 有机膦酸盐类  14
    1.4.2 聚合物类  14
    1.4.3 天然高分子类  14-15
    1.4.4 绿色环保类  15
  1.5 缓蚀阻垢剂的作用机理  15-16
    1.5.1 缓蚀阻垢剂的阻垢机理  15-16
    1.5.2 缓蚀阻垢剂的缓蚀机理  16
  1.6 国内外研究概况  16-18
    1.6.1 国外缓蚀阻垢剂的发展状况  16-17
    1.6.2 国内缓蚀阻垢剂的发展状况  17-18
  1.7 主要研究内容  18-20
第二章 绿色水处理剂对 HSn701 的缓蚀阻垢性能研究  20-34
  2.1 实验材料  20-21
    2.1.1 高浓缩模拟循环水  20
    2.1.2 HSn701 加砷锡黄铜  20-21
    2.1.3 实验仪器及药品  21
  2.2 实验方法  21-25
    2.2.1 实验原理  21-23
    2.2.2 实验方案  23-24
    2.2.3 实验步骤  24-25
  2.3 实验结果分析与讨论  25-33
    2.3.1 静态阻垢法实验  25-29
    2.3.2 用静态挂片实验研究铜缓蚀剂复配时的缓蚀性能  29-32
    2.3.3 塔菲尔极化曲线分析复配药剂的缓蚀机理  32-33
  2.4 小结  33-34
第三章 绿色水处理剂对 A20 钢的缓蚀阻垢性能的研究  34-53
  3.1 实验材料  34-35
    3.1.1 模拟循环水  34
    3.1.2 A20 钢  34
    3.1.3 实验仪器及药品  34-35
  3.2 实验方法  35-42
    3.2.1 实验原理  35-37
    3.2.2 实验方案  37
    3.2.3 实验步骤  37-42
  3.3 实验结果分析与讨论  42-47
    3.3.1 静态阻垢实验和极限碳酸盐实验的分析  42-44
    3.3.2 正交实验分析  44-45
    3.3.3 塔菲尔极化曲线法对药剂性能评价  45-46
    3.3.4 最佳配方最佳pH 值确定实验  46-47
  3.4 缓蚀阻垢机理的初步探讨  47-52
    3.4.1 塔菲尔极化曲线法探讨咪唑啉类复配方的作用机理  47-49
    3.4.2 极限碳酸盐法探讨阻垢剂的作用机理  49-52
  3.5 小结  52-53
第四章 绿色水处理剂的量子化学研究  53-63
  4.1 量子化学计算方法简介  53-55
    4.1.1 从头算方法  53-54
    4.1.2 密度泛函理论方法  54
    4.1.3 半经验计算方法  54-55
  4.2 计算方法的选用  55
  4.3 两种缓蚀阻垢剂分子的3D 结构图  55-56
  4.4 原子上的净电荷与阻垢性能分析  56-58
  4.5 两种分子上的空间尺度、能量与二面角的关系  58-61
  4.6 两种药剂分子的前线轨道能量和缓蚀阻垢性能的关系  61
  4.7 小结  61-63
结论与展望  63-66
  结论  63-64
  展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录(作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文)  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 发电厂 > 火力发电厂、热电站
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