热法海水淡化阻垢剂
海水水质较复杂，硬度高、硫酸根含量高、氯离子含量高。海水在蒸发器内与换热管束频繁接触，不断浓缩并在壳体底部区域浓盐水的总硬度和硫酸根浓度均高出上部喷淋下来的原海水，造成离子浓度升高形成盐的过饱和状态结垢倾向加重，很容易造成硫酸钙垢和碳酸盐垢等在换热管束上的沉积，长期积累形成无机盐垢，导致传热效率降低，产水量下降。
因此，在实际运行中需投加阻垢分散剂以控制结垢问题。阻垢剂能够有效抑制无机盐在换热器表面的沉积，从而提高装置运行效率，降低运行成本。针对热法海水淡化装置的运行特点，我们合成了含羧酸和磺酸基的三元共聚物类阻垢剂，并对其耐温性能进行了测试。依据相关标准，采用渤海湾海水对该药剂的阻垢性能进行了评价，并利用SEM分析了共聚物对垢样晶体形貌的影响。
实验部分
1.1 主要试剂及仪器
氢氧化钠、分子量调节剂、引发剂等，均为工业级；氯化钙、碳酸氢钠、硫酸钠、四硼酸钠、氢氧化钾、乙二胺四乙酸钠、硫酸亚铁及盐酸等等，均为分析纯试剂。W201恒温水浴锅（上海三申医疗器械有限公司），TU-1810紫外可见分光光度计（北京普析通用），可调变速搅拌器（上海三申医疗器械有限公司），酸度计SG78（梅特勒-托利多），电位滴定仪DL53（梅特勒-托利多）， 扫描电子显微镜（ 型号JSM-6390LV ），热重分析仪（NETZSCH）。
1.2 阻垢性能的评价
静态实验，采用一定体积、pH值和一定硬度的水，加入定量的共聚物，在一定温度下保温一定的时间，然后冷却过滤，测定滤液中对应组分的含量从而计算阻垢率。
试验的方法：
参照GB/T 16632-2008；
试验的水质条件为：
[Ca2+]=250mg/L,
[HCO3-]=250mg/L,
温度为80℃/60℃,
时间为10h；
EDTA络合滴定（METTLER-DL53，电位滴定仪）测定Ca2+的含量。
阻垢率按下式（1）计算：
硫酸钙垢性能测定：
原水：河北唐山市南部渤海湾的沿岸海水；
工艺：根据蒸馏法工艺将其浓缩至1.5倍左右（钙离子和硫酸根离子再额外补充，使其离子浓度适当调高），并进行预澄清和过滤处理。
实验的水质条件为：
[Ca2+]=2900mg/L,[Mg2+]=2000mg/L，[SO42-]=8000mg/L,[Cl-]=48000mg/L，
温度为70℃,
时间为10h。
过滤滤液测定Ca2+的含量（METTLER-DL53，电位滴定仪）。
结果与讨论
2.1 共聚物的热重(TG-DTG)分析
图1 共聚物的热重分析
Fig.1 TG-DTG Analysis of Copolymer
图1为自合成共聚物的热重分析，可以看出共聚物具有很好的耐温性，在85℃左右存在失重峰，可能是小分子水，在250℃左右出现失重峰，聚合物开始分解。表明合成的聚合物具有很好的热稳定性，完全满足热法海水淡化蒸馏装置（MSF、MED等）的运行工况要求。
2.2 阻垢性能评价及硫酸钙垢样晶型分析
2.2.1 采用国标法（GB/T 16632-2008）对共聚物阻碳酸钙垢进行了评价，结果如图2所示。
图2 用量对阻碳酸钙垢的影响
Fig.2 Effect of Dosage on Scale Inhibition of Calcium Carbonate
从图2可以看出：
1、当共聚物用量在2-4 mg/L时，阻垢率随用量的增加变化明显，而在5-6 mg/L时，阻垢率变化趋于平缓；
2、从测定的工作温度来看，同等用量下，60℃下的阻垢率要高于80℃下的阻垢率，温度越高，碳酸钙的结垢倾向越重。
2.2.2 阻硫酸钙垢评价及垢样晶型分析
我们采用以下试验条件，对共聚物在阻硫酸钙垢方面的性能进行了测定。
实验的水质条件为：
[Ca2+]=2900mg/L
[Mg2+]=2000mg/L
[SO42-]=8000mg/L
[Cl-]=48000mg/L
温度为70℃,
时间为10h。
具体的结果如图3所示。从图3可以看出，与阻碳酸钙垢率一样，表现出同样的规律，阻垢剂用量在2-4mg/L时，阻垢率随用量的增加变化明显，而在5-6mg/L时，阻垢率变化趋于平缓，这说明共聚物具有小剂量效应，即在较小用量下也能有比较高的阻垢效果。
图3 用量对阻硫酸钙垢的影响
Fig.3 Effect of Dosage on Scale Inhibition of Calcium Sulfate
为了进一步考察共聚物对硫酸钙垢的阻垢作用机理，我们对阻硫酸钙垢的试验中收集的沉淀物进行扫描电子显微镜分析，如下图4所示。
图4（a）空白不加阻垢剂形成的硫酸钙晶体
Fig 4（a） Formation of Calcium Sulfate Crystal without Scale Inhibitor
图4（b） 加阻垢剂的情况下形成的硫酸钙晶体
Fig 4（b） Formation of Calcium Sulfate Crystal with Scale Inhibitor
从图4可以看出，在共聚物的作用下，硫酸钙垢样的微观形貌发生了根本性的变化。没有添加阻垢剂的情况下，硫酸钙晶体具有很规整的构型，晶体多成条形状（柱状）。在加了阻垢剂后，硫酸钙晶体很不规整，晶体明显细碎，表面孔隙较多，垢样比较松散。阻垢剂的加入，改变了晶体的几何形态，晶格发生畸变，极性基团占据了晶体生长面的某些活性生长点，从而阻碍了硫酸根离子与钙离子的正常结合，使晶格的排列不再有序规整，从而变得疏松多孔，垢晶松软，很容易被冲刷，不易沉积。
结束语
结垢是热法海水淡化蒸馏装置的最大危害，也是热法海水淡化技术中较复杂的问题。通过自由基聚合工艺合成出的多元共聚物，不仅具有很好的耐热稳定性，而且通过采用浓缩海水的实际水质条件，进行阻垢性能测定，合成的共聚物是满足蒸馏法海水淡化工艺的运行要求，具有较好的阻垢效果。
