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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
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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。
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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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