聚天冬氨酸在水處理上的應用及阻垢機理

在自然環境中，聚天冬氨酸可被環境微生物直接分解為小分子產物一天冬氨酸，作為營養物質的天冬氨酸進一步被環境微生物吸收，其對自然界是無污染、無公害的，因此聚天冬氨酸被公認是一種“綠色環保”型高分子聚合物。由于其分子量分布較寬(800~100000)且具有“綠色環保”特性，可以在水處理劑、顏料或涂料分散劑、油田開采助劑和洗滌助劑的領域替代傳統的聚丙烯酸(PAC)。

1、在水處理領域的應用
聚天冬氨酸阻垢劑能與 Ca2+、Mg2+、Cu+、Fe3+、Ba2+等離子形成穩定可溶螯合物，特別是其能干擾 CaCO3、CaS04和 Ca3(PO4)4晶體的形成過程，改變鈣垢的品體結構，使之形成可漂浮流動的軟垢，避免水垢在換熱器表面和管道中的沉積。
聚天冬氨酸可將微小固體顆粒有效分散，抑制沉淀產生。升高pH值可以增加聚天冬氨酸對 BaTiO顆粒的分散作用,并且由于空間位阻和電荷斥力的共同作用，使得吸附規律符合Langmuir單層吸附等溫線。

2、聚合物阻垢劑的阻垢機理
通過對水垢結品動力學、結垢預測模型與各類型緩蝕阻垢技術的研究和總結，加深了人們對聚合物的阻垢機理和阻垢過程的認識。普遍認為阻垢劑通過物理與化學作用干擾水垢的形成和沉淀，從而起到阻垢的效果。阻垢作用機理可概括為下列幾種觀點:

2.1 螯合增溶作用
聚合物阻垢劑普遍為陰離子型。在循環冷卻水系統中，阻垢劑可與鈣、鎂鋁等陽離子形成穩定的可溶性整合物，因此增加了成垢離子在溶液中的溶解度，抑制了無機難溶鹽形成，減少水垢在換熱器表面和金屬管道內壁的沉積。

2.2 晶格畸變作用
在傳熱器表面形成的水垢主要是CaC0;垢，其形成過程可分為3個周期:誘導期、沉淀生長期和穩定狀態期。在誘導期，阻垢劑利用誘導作用使CaCO;晶格特征發生變化，形成質地松軟的球霰石垢;在沉淀生長期，阻垢劑能夠吸附在CaCO;微晶表面，如果帶有“雜質”的微晶進入到CaCO，晶格中，造成晶格發生畸變，最終形成可漂浮的軟垢。

2.3 閩值效應
在循環冷卻水系統中，可將多種阻垢劑復配使用，其阻垢能力較單一阻垢有明顯提高。姚廣致等人對阻垢劑的閾值效應進行了研究，指出在陰離子型阻垢劑與成垢陽離子形成的絡合物的過程中，中心離子與配體之間的比值不是嚴格地遵從化學計量系數比。

2.4 凝聚與分散作用
在循環冷卻水中，聚羧酸阻垢劑能解離成具有多個負電荷的離子，經過離子之間的碰撞運動，使其與CaCO;微晶顆粒發生物理化學吸附，抑制了成垢微晶的繼續生長，并使原微晶顆粒表面具有雙電層結構。聚羧酸阻垢劑吸附作用使微品表面電荷電位升高，帶負電的成垢微晶互相排斥減少碰撞形成大品體沉淀物的機會。當吸附產物與其它阻垢劑離子發生碰撞時，會將自身吸附的成垢微品傳遞出去，易于將成垢微晶分散到水溶液中去，減少溶液中的晶核數，提高了CaCO;在水溶液中的表觀溶解度。

2.5 再生-自解脫膜假說
在換熱器表面與管道內壁上，阻垢劑可以同無機鹽晶體顆粒形成共同沉淀的膜，在膜厚度超過某一定特定值時，其自身發生破裂脫落并可隨冷卻水循環流動。因為共同沉淀膜的形成和破裂過程，直接影響到垢層生長。此假說實際上解釋了阻垢劑的“消垢”機理，同時也可對阻垢劑的分散性做以解釋。

2.6 雙電層作用機理
阻垢劑發生吸附作用而形成雙電層結構，可抑制金屬陽離子或分子簇在金屬表面的聚結，但是吸附產物不是穩定性的。