聚天冬氨酸在水处理上的应用及阻垢机理

在自然环境中，聚天冬氨酸可被环境微生物直接分解为小分子产物一天冬氨酸，作为营养物质的天冬氨酸进一步被环境微生物吸收，其对自然界是无污染、无公害的，因此聚天冬氨酸被公认是一种“绿色环保”型高分子聚合物。由于其分子量分布较宽(800~100000)且具有“绿色环保”特性，可以在水处理剂、颜料或涂料分散剂、油田开采助剂和洗涤助剂的领域替代传统的聚丙烯酸(PAC)。

1、在水处理领域的应用
聚天冬氨酸阻垢剂能与 Ca2+、Mg2+、Cu+、Fe3+、Ba2+等离子形成稳定可溶螯合物，特别是其能干扰 CaCO3、CaS04和 Ca3(PO4)4晶体的形成过程，改变钙垢的品体结构，使之形成可漂浮流动的软垢，避免水垢在换热器表面和管道中的沉积。
聚天冬氨酸可将微小固体颗粒有效分散，抑制沉淀产生。升高pH值可以增加聚天冬氨酸对 BaTiO颗粒的分散作用,并且由于空间位阻和电荷斥力的共同作用，使得吸附规律符合Langmuir单层吸附等温线。

2、聚合物阻垢剂的阻垢机理
通过对水垢结品动力学、结垢预测模型与各类型缓蚀阻垢技术的研究和总结，加深了人们对聚合物的阻垢机理和阻垢过程的认识。普遍认为阻垢剂通过物理与化学作用干扰水垢的形成和沉淀，从而起到阻垢的效果。阻垢作用机理可概括为下列几种观点:

2.1 螯合增溶作用
聚合物阻垢剂普遍为阴离子型。在循环冷却水系统中，阻垢剂可与钙、镁铝等阳离子形成稳定的可溶性整合物，因此增加了成垢离子在溶液中的溶解度，抑制了无机难溶盐形成，减少水垢在换热器表面和金属管道内壁的沉积。

2.2 晶格畸变作用
在传热器表面形成的水垢主要是CaC0;垢，其形成过程可分为3个周期:诱导期、沉淀生长期和稳定状态期。在诱导期，阻垢剂利用诱导作用使CaCO;晶格特征发生变化，形成质地松软的球霰石垢;在沉淀生长期，阻垢剂能够吸附在CaCO;微晶表面，如果带有“杂质”的微晶进入到CaCO，晶格中，造成晶格发生畸变，最终形成可漂浮的软垢。

2.3 闽值效应
在循环冷却水系统中，可将多种阻垢剂复配使用，其阻垢能力较单一阻垢有明显提高。姚广致等人对阻垢剂的阈值效应进行了研究，指出在阴离子型阻垢剂与成垢阳离子形成的络合物的过程中，中心离子与配体之间的比值不是严格地遵从化学计量系数比。

2.4 凝聚与分散作用
在循环冷却水中，聚羧酸阻垢剂能解离成具有多个负电荷的离子，经过离子之间的碰撞运动，使其与CaCO;微晶颗粒发生物理化学吸附，抑制了成垢微晶的继续生长，并使原微晶颗粒表面具有双电层结构。聚羧酸阻垢剂吸附作用使微品表面电荷电位升高，带负电的成垢微晶互相排斥减少碰撞形成大品体沉淀物的机会。当吸附产物与其它阻垢剂离子发生碰撞时，会将自身吸附的成垢微品传递出去，易于将成垢微晶分散到水溶液中去，减少溶液中的晶核数，提高了CaCO;在水溶液中的表观溶解度。

2.5 再生-自解脱膜假说
在换热器表面与管道内壁上，阻垢剂可以同无机盐晶体颗粒形成共同沉淀的膜，在膜厚度超过某一定特定值时，其自身发生破裂脱落并可随冷却水循环流动。因为共同沉淀膜的形成和破裂过程，直接影响到垢层生长。此假说实际上解释了阻垢剂的“消垢”机理，同时也可对阻垢剂的分散性做以解释。

2.6 双电层作用机理
阻垢剂发生吸附作用而形成双电层结构，可抑制金属阳离子或分子簇在金属表面的聚结，但是吸附产物不是稳定性的。