CN111252913A

CN111252913A - 一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂及其应用

Info

Publication number: CN111252913A
Application number: CN202010135387.7A
Authority: CN
Inventors: 蓝天威; 郑靖; 郑良; 聂佳辉
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2020-06-09

Abstract

本发明公开了一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂及其应用，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.012%～0.020%、聚环氧琥珀酸 0.036%～0.060%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；本发明的阻垢剂对岩溶地区隧道内使用的管道内的结晶堵塞进行处理，减少堵塞导致的安全风险出现。

Description

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂及其应用

技术领域

本发明涉及阻垢剂技术领域，具体涉及一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂及其应用。

背景技术

阻垢剂是具有能分散在水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能；并维持金属设备有良好的传热效果的一类药剂；目前，阻垢剂更多地应用于循环冷却水系统中，聚天冬氨酸（PASP）作为对CaCO₃垢有着良好的阻垢效果；同时又兼具良好的生物降解性，因为在水处理中备受青睐；通常会采用官能团改性或通过与无机物、高分子等进行复配，实现减少循环冷却水系统中的结晶堵塞。但是由于聚天冬氨酸等阻垢剂比较昂贵，通常采用如高压水枪或直接采用强酸进行清除，这类方式效率低下且会损伤混凝土管道。

在岩溶地区修建的隧道，为了解决雨水和地下水渗漏问题，一般会在隧道内使用混凝土及PE管道铺设排水系统。但由于岩溶地区的水质硬度较高，钙镁等离子容易在管道内形成结晶堵塞管道，会造成以下危害：1）由于管道堵塞，雨水及地下水淤积，这些水一般都具有侵蚀性，对隧道围岩及支护结构的侵蚀作用不可忽视在隧道施工过程中可能出现涌水、突泥、塌方等工程事故；2）水分的淤积会导致管道破裂，渗漏到隧道内铺设的覆盖层，导致覆盖层被侵蚀，大面积塌陷，威胁隧道工程的安全；3）积水渗漏和覆盖层的脱漏会影响隧道内行车安全当前针对岩溶的处理主要集中于物理处理和化学处理，物理处理手段主要是利用高压水枪等手段冲击管壁上的结晶；而化学处理手段，根据处理原理的不同分为两种方式，一种是通过酸性试剂对管壁上的碳酸盐或硫酸盐结晶经化学作用腐蚀；另一种则是通过络合试剂对岩溶水中的金属离子的螯合作用，减少钙镁等金属离子经过一系列结晶黏附作用形成堵塞物。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点提供一种可高效环保地对水质进行处理的用于混凝土排水管道的复合阻垢剂及其应用。

本发明采用的技术方案是：一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.012%～0.020%、聚环氧琥珀酸 0.036%～0.060%、大苏打 2%、NaOH0.5%，余者为水。

进一步的，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.012%、聚环氧琥珀酸 0.036%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水。

进一步的，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.020%、聚环氧琥珀酸 0.060%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水。

进一步的，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.018%、聚环氧琥珀酸 0.054%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水。

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂的应用，用于循环冷却水系统中的结晶堵塞。

进一步的，所述复合阻垢剂在5℃～40℃范围内使用。

进一步的，所述复合阻垢剂的阻垢率为80～85%。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中的聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、大苏打作为结晶的拮抗剂实用，兼具对钙镁等离子的螯合以及阻止球霰石向方解石推进；

（2）本发明中NaOH作为结晶过程的推进剂，可以加速结晶的形成；

（3）本发明中使用了聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸等生物可降解成分，对环境的伤害较小；同时由于采用的复配药剂，工程上投放使用可以降低处理成本。

附图说明

图1为采用实施例6制备得到的阻垢剂处理后的CaCO₃粉末的XRD图谱。

图2为CaCO₃粉末的XRD图谱。

图3为混凝土表面的激光共聚焦图。

图4为采用本发明实施例6制备得到的阻垢剂处理后的混凝土表面的激光共聚焦图。

图5为本发明原理示意图。

图6为实施例3制备得到的阻垢剂处理后的CaCO₃粉末的XRD图谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸0.012%～0.020%、聚环氧琥珀酸 0.036%～0.060%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水。

如图5所示，游离的钙镁等离子在水中容易与碳酸氢根等阴离子结合，在溶液pH值发生变化时，在微观静电力的作用下，容易团聚形成晶核黏附于管道表面。同时由于更多的分子堆积，原始晶核会不断地成长经历文石、球霰石及方解石阶段，最终形成难以去除的结晶黏附。聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、大苏打是作为结晶的拮抗剂使用的；其功能兼具对钙镁等离子的螯合以及阻止球霰石向方解石推进。通常阻垢剂可以直接作用于离子和晶体，作用于离子阶段主要是通过有机分子的微观力的作用下将金属阳离子包围，阻止其与阴离子的结合进而形成沉淀；而当其直接作用于晶体时同样通过微观力的作用将晶体外露的阳离子吸引，结合于晶体表面，从而防止其继续往下一个晶体阶段进行。

NaOH作为结晶过程的推进剂使用，可以加速结晶的形成。因为被螯合的阳离子在pH值发生变化时可能会重新参与新的黏附过程，且长期投放阻垢剂成本较高；天然环境中结晶过程进行较为缓慢，通过NaOH加速结晶可以使阳离子快速进行至球霰石阶段后受阻垢剂影响析出，以达到去除溶液中钙镁等离子的目的。NaOH的作用是根据以下反应进行的：

Ca²⁺+HCO₃+OH^-↔CaCO₃+H₂O+CO₂

显然，在这个可逆反应中，碱性的物质是推动碳酸钙形成的一个主要因素，自然界中钟乳石的形成也是由于该可逆反应的作用，使得碳酸钙不断堆积压缩，形成了硬度可观且固定稳当的钟乳。

实施例1

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.003%、聚环氧琥珀酸 0.009%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

为了验证复合试剂的效果，通过如下实验进行；实验固定投放200mL纯水、0.333gCaCl₂及0.504g小苏打（NaHCO₃）至实验装置中，通过加热加速结晶反应。上述过程是为了制备CaCO₃粉末。

采用实施例1制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.381g。

实施例2

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.006%、聚环氧琥珀酸 0.018%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例2制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.363g。

实施例3

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.009%、聚环氧琥珀酸 0.027%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例3制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.346g。

实施例4

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.012%、聚环氧琥珀酸 0.036%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例4制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.321g。

实施例5

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.015%、聚环氧琥珀酸 0.045%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例5制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.310g。

实施例6

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.018%、聚环氧琥珀酸 0.054%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

对比例

实验固定投放200mL纯水、0.333gCaCl₂及0.504g小苏打（NaHCO₃）至实验装置中，通过加热加速结晶反应。制备CaCO₃粉末。

采用实施例6制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.302g；而对比例中的粉末重量为0.391g。

其中图1为经过实施例6制备得到的复合阻垢剂处理后得到的粉末的XRD图；图2为对比例得到的粉末的XRD图。从图中可以看出，处理过后的粉末在20～30°处出现了较高的球霰石/文石峰，且球霰石/文石峰的峰面积较大，说明粉末中的碳酸钙大部分停留在球霰石阶段，黏附效果降低。

图3为图3为混凝土表面的激光共聚焦图。图4为采用本发明实施例6制备得到的阻垢剂处理后的混凝土表面的激光共聚焦图。上述图为采用基恩士激光共聚焦显微镜对表面黏附进行观察得到的图。从图中可以看出，在未经处理的表面，碳酸钙大多呈现方解石形态，且整齐而密集地堆积在一起，而经过处理的表面黏附量稀少，碳酸钙晶体呈现出不规则且松散的少量黏附。显然通过该复合试剂的处理，表面黏附情况有显著改善。

实施例7

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.021%、聚环氧琥珀酸 0.063%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例7制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.233g。

实施例8

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.024%、聚环氧琥珀酸 0.072%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例8制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.211g。

实施例9

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.027%、聚环氧琥珀酸 0.081%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例9制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.135g。

实施例10

一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸 0.030%、聚环氧琥珀酸 0.090%、大苏打 2%、NaOH 0.5%，余者为水；上述组分充分混合即可得到所需阻垢剂。

采用实施例10制备得到的复合阻垢剂处理制备得到的CaCO₃粉末，析出的粉末通过定性滤纸充分过滤后称重为0.069g。

从上述实施例可以看出在实施例4～实施例6的配比范围内，粉末重变动较小，可以说明其效果处于一个相对稳定的情况，效果接近。

实施例1～实施例3粉末重接近于原始粉末的重量，将实施例3制备得到的阻垢剂处理后的粉末通过XRD检测发现，在29°左右位置的方解石峰过高，虽然在20°～30°之间仍然出现球霰石峰，显然该粉末中的方解石占比过高，易产生黏附。

而实施例7～实施例10处理后的粉末由于重量过小，显然不能显著地清楚溶液中的钙离子；有相当部分的钙离子无法转化成粉末。所以在本发明权利要求1的配比范围才能取得较好的效果。

本发明中的聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、大苏打作为结晶的拮抗剂实用，兼具对钙镁等离子的螯合以及阻止球霰石向方解石推进；NaOH作为结晶过程的推进剂，可以加速结晶的形成；由于混凝土管道工程中的水处理较单一，通过使用本发明的阻垢剂可以较为高效环保地对水质进行处理；使用了聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸等生物可降解成分，对环境的伤害较小；同时由于采用的复配药剂，工程上投放使用可以降低处理成本。

Claims

1.一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，其特征在于，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸0.012％～0.020％、聚环氧琥珀酸0.036％～0.060％、大苏打2％、NaOH 0.5％，余者为水。

2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，其特征在于，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸0.012％、聚环氧琥珀酸0.036％、大苏打2％、NaOH 0.5％，余者为水。

3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，其特征在于，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸0.020％、聚环氧琥珀酸0.060％、大苏打2％、NaOH 0.5％，余者为水。

4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂，其特征在于，以重量百分数计包括：聚天冬氨酸0.018％、聚环氧琥珀酸0.054％、大苏打2％、NaOH 0.5％，余者为水。

5.一种如权利要求1～4所述任一项用于混凝土排水管道的复合阻垢剂的应用，其特征在于，用于循环冷却水系统中的结晶堵塞。

6.根据权利要求5所述的一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂的应用，其特征在于，所述复合阻垢剂在5℃～40℃范围内使用。

7.根据权利要求5所述的一种用于混凝土排水管道的复合阻垢剂的应用，其特征在于，所述复合阻垢剂的阻垢率为80～85％。