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水处理剂应用前景解析

水处理剂,也叫水处理化学品,它包括工业、城建、环保等方面用于水处理的各种药剂,其处理对象涉及冷却水,锅炉水、空调水、饮用水、污水以及包括采油用水在内的各种工艺用水。

水处理的目的是使各种用水或废水的水质达到使用或排放标准,也就是说,人们根据具体要求,对用水或废水实行缓蚀、阻垢、杀菌、软化、除盐、除浊、脱色、消泡、除臭、调pH等处理措施,水处理剂则是实现这些处理措施的重要物质基础和重大技术保证。

随着水源短缺的加剧和环保法规的强化,水处理剂在国民经济中的作用和地位越来越重要了。

水处理剂和表面活性剂同属新领域精细化学品,两者的关系亦十分密切,主要表面在:1许多表面活性剂在水处理中直接充当主剂,如用作缓蚀剂,阻垢剂和杀生剂等。2作为水处理助剂,表面活性剂更是不可缺少的成分,如用于配制复合配方和清洗剂、消泡剂等;3某些水溶性聚合物在水处理剂中属重要品种,其分子结构和功能表面与表面活性剂许多相同或类似之处,如分子为双亲结构,其分散、凝聚、螯合、吸附等功能是水处理剂发挥最终功效(如缓蚀、阻垢、杀菌等)的关键所在。

但这些水溶性聚合物有个归类问题,因为水处理行业尚未着重于从表面活性的角度研究它们。

传统上,表面活性剂是依据使溶液的表面张力降低这一基本性质定义的。但人们发现,某些高分子化合物,如聚皂(一种高分子电解质)、聚氧乙烯乙二醇、聚烯醇等,几乎不会改变水的定义不符。为此,早在六十年代,佐佐木恒孝对表面活性剂的定义提出修正。他主张,凡少量添加就能明显改变表面或界面各种性质的物质都叫作表面活性剂。七十年代,平井英史在论述高分子表面少性剂时强调,高分子表面活性剂多指分子量在几千以上(至少2-3千),多少具有一些使表面(或界面)张力降低能力的物质,他指出,高分子表面活性剂是高分子电解质的一种,是水溶性或油溶性聚合物,单独或与其它成分复配使用,可获得传统的低分子表面活性剂难以得到的优异功能,特别是分散稳定、凝聚、流变学特性,成膜或粘结特性等,在各领域中起着重要作用。

这些年来,堀内照夫和佐佐木保英先后从上述观点出发分别论述了功能性表面活性剂和高分子表面活性剂的发展,前者不但从分子结构上,而且从分子聚集状态的角度探讨了表面活性剂的各种新功能,旨在开拓品种开发和应用研究的新领域;后者则将当前水处理用的水溶性聚合物直接归类于高分子表面活性剂,本文的论述也将依据这些观点。

关于表面活性剂(水处理剂)在水处理中的作用机理是人们关心的问题之,经过多年的研究与实践,初步取得了以下看法:

1缓蚀机理

表面活性剂用作缓蚀剂,首先要求它的极性基团对金属表面具有很大的亲和力,亦即能在金属表面发生物理吸附和化学吸附形成吸附层,它的非极性基团则背着金属向水中排列,从而形成斥水屏障,将金属表面与水隔开,这样就保护了金属。其次要求它所形成的吸附膜必须牢固而紧密,在水中的溶解度很低,否则易受损坏和被水溶解,失去保护作用。

如此看来,并不是所有的表面活性剂都有缓蚀功能,从分子结构上看,它的长链基团的长短与缓蚀作用密切相关,因为碳链越长,表面活性也越大,越有利于它在界面上的分散和吸附,但如果太长,则影响表面活性剂本身在水中的溶解度,因此应该有个最佳链长范围。此外,吸附膜的牢固和稳定程度与极性基团的结构和性质有关,例如具有螯合基团的表面活性剂,因能与金属表面离子形成稳定的螯合物膜而表现出较强的缓蚀能力。

具有良好缓蚀能力的表面活性剂只须形成单分子吸附膜即可满足缓蚀要求,这样它的使用浓度可大大低于其临界胶束浓度CMC。相反,有些表面活性剂只有在水中的浓度大于CMC时才具有缓蚀能力,说明此时在金属表面的吸附为胶束吸附。

2杀生机理

水处理中用于杀菌,灭藻的药剂称为杀生剂,阳离子型表面活性剂,如洁尔灭、新洁尔灭,常作为非氧化型杀生剂用于水处理中。一般认为,它们的杀生功能是由于在水中电离后所带的正电荷与水中带负电荷的细菌发生了吸附,与细菌细胞壁上的负电荷部位形成静电键,对细胞壁产生压力,引起细胞的溶解和死亡。它们还能破坏细胞半渗透膜的组织、细胞内代谢物质和辅酶,使蛋白质而引起细胞死亡。

3阻垢机理

某些水溶性聚合物(多为聚电解质)在水处理中作阻垢剂。其阻垢机理尽管复杂,但由于其表面活性而表现出的凝聚和分散作用是重要的阻垢机理之一,按有面的观点,我们可将这些聚合物看作是广议的表面活性剂。


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