反渗透阻垢剂聚环氧琥珀酸的阻垢性能研究

1 实 验

1.1 PESA的合成

在装有恒速搅拌器、冷凝管、温度计、滴液漏斗的四口瓶中,加入29.4 g马来酸酐及10 mL去离子水,搅拌,使其呈半溶解状态,在水浴中加热到一定温度。在搅拌状态下,缓慢滴加一定量50%氢氧化钠溶液,同时调节水浴温度保持在一定值,使马来酸酐水解生成马来酸盐。升温水浴,加入1.0 g钨酸钠,随即缓慢滴加一定量的30%双氧水,恒温一段时间,使马来酸盐环氧化反应,生成环氧琥珀酸。加入一定量的氢氧化钠固体颗粒,升温到一定温度,恒温数小时,得到淡黄色、粘稠的聚环氧琥珀酸溶液。

1.2 PESA的提纯

PESA溶液与pH=2.5的酸化甲醇按1︰1(体积比)混合,中速搅拌,可得白色粘稠固液混合物,将此混合物抽滤,得白色固体,于干燥器中干燥,备用。

1.3 动态阻垢实验

1.3.1 实验装置

本实验采用双膜法一级一段式工艺流程,实验装置如图1所示。通过使反渗透浓水回流的方法提高水回收率,且由于采用单根组件,管路简单易于维护,可提高脱盐率。以自来水作为原水,使原水通过进水泵打入两个并联的超滤组件,超滤出水进入产水箱,再通过高压泵进入反渗透。超滤膜是由中科院大连化物所生产的BW型中空纤维膜,反渗透膜是国家海洋局杭州水处理技术中心生产的HRC-220型中空纤维膜。

图1 超滤-反渗透设备工艺流程图

1.3.2 实验方法

本实验采用三种阻垢剂,分别为美国KingLee公司生产的PTP-0100、Argo公司生产的Hypersperse MDC220及实验室自制的PESA。将PTP-0100和MDC220稀释8倍作为标准液使用。由于采用一级一段式工艺,回收率很低,所以使浓水全部回流,产水全部排出,以提高进水中成垢物质的浓度,提高回收率。在此条件下,使操作压力为0.85 MPa,控制反渗透的回收率在20%,运行相同的时间(30 min),考察不同阻垢剂在不同用量下的朗格利尔指数LSI值。当LSI≥0时,说明膜有结垢倾向,当LSI<0时,膜没有结垢倾向,这表明阻垢剂达到了预期的阻垢效果。

1.4 静态阻垢实验

模拟反渗透浓水水质及运行环境,配制实验水样。使水样中Ca2+为500 mg/L,HCO3- 为3150 mg/L,将溶液定容至500 mL,控制pH=7.6,在25℃水浴中恒温24 h后,用滤纸过滤,以EDTA法测定溶液中Ca2+含量。

2 结 论

动态阻垢实验中,PESA的阻垢性能随加药量增加而增强,在4、5 mg/L时有很好的阻垢效果;PTP-0100在1、2 mg/L具有很好的阻垢效果,加药量大于3 mg/L时的阻垢效果不理想;MDC220在5 mg/L时才有很好的阻垢效果。可见低剂量时PTP-0100的阻垢效果比PESA及MDC220好,高剂量时PESA的阻垢效果好于MDC220及PTP-0100,且PTP-0100的阈值范围窄,超过阈值会大大降低阻垢效果。

静态阻垢实验中,加药量在5 mg/L以下时,PTP-0100的阻垢效果最好;5~10 mg/L时MDC220的阻垢效果最好,PTP-0100次之;15 mg/L以上时PESA的阻垢效果最好,MDC220次之。可见低剂量时PTP-0100的阻垢效果最好,高剂量时PESA的阻垢效果最好,这与动态阻垢实验是相吻合的。

综上所述,PESA的阻垢效果略优于MDC220,低于PTP-0100。如进一步改善PESA的提纯工艺,增加产物中PESA的含量,那么PESA的阻垢效果将进一步提高,有望同于或超过PTP-0100。而且PTP-0100及MDC220是小分子含磷阻垢剂,降解后必将产生磷污染水体,不利于环保;而PESA无磷、无氮,易生物降解已被国家经贸委2001年第5号公告列入《当前国家鼓励发展的节水设备(产品)目录》第一批。从环保和应用的角度看,PESA具有更好的市场前景和价值。