[发明专利]一种抑制水中二氧化硅/硅酸盐垢沉积的非离子型聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于工业水处理技术领域，具体涉及一种抑制水中二氧化硅/硅酸盐沉积的非离子型聚合物及其制备方法。

背景技术

在工业水处理领域中，原水通常含有大量的碱土金属阳离子如Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺等和阴离子基团如CO₃^3-，SO₄^2-和PO₄^3-等，以及可溶性的二氧化硅。在一定条件(如蒸发，浓缩等)下，这些阳离子和阴离子极易结合形成CaCO₃、CaSO₄、BaSO₄、Ca₃(PO₄)等无机盐垢，沉积于水处理管道和设备表面造成危害。水中可溶性的二氧化硅在一定条件也会形成不溶性的二氧化硅和硅酸盐沉积于水处理管道和设备表面，同样会对水处理系统造成危害，而且这些硅垢一旦形成，就很难除去。

在自然界中，硅元素常常以二氧化硅(如石英SiO₂)和硅酸盐(如石棉CaMg₃(SiO₃)₄、高岭土Al₂Si₂O₅(OH)₄、石榴石Ca₃Al₂(SiO₄)₃等)的形式存在。二氧化硅又分为结晶型SiO₂(如石英、水晶)和无定型SiO₂(如硅藻土)。结晶型二氧化硅的溶解度很低，只有5-6mg/l，无定型二氧化硅的溶解度在中性pH和20～25℃时为100～120mg/l。

在天然水中溶解性二氧化硅主要由硅酸和硅酸盐组成，来源于矿石和岩石的风化，其二氧化硅含量通常在1～40mg/l，但有些地区高达30mg/l～180mg/l。二氧化硅和硅酸盐在水中的溶解主要是由于Si-O-Si键的水解，引起二氧化硅和硅酸盐释放到水中，其比例取决于pH。SiO₂是硅酸的酸酐。硅酸是多种多样的，以通式xSiO₂·yH₂O表示(又称含水二氧化硅)，其组成随形成的条件而改变，有偏硅酸H₂SiO₃(x＝1，y＝1)、正硅酸H₄SiO₄(x＝1，y＝2)、焦硅酸H₆Si₂O₇(x＝2，y＝3)。但在水溶液形成时，开始主要是正硅酸H₄SiO₄，当放置条件(加酸或碱或其它电解质时)改变时，可逐渐变为偏硅酸或焦硅酸形式。通常所说的二氧化硅(silica)是一个总称，是指结晶型二氧化硅、无定型二氧化硅、含水二氧化硅及羟基化的二氧化硅的总和。硅酸盐是由SiO₂和硅酸衍生而来，分为可溶性和不溶性两大类。只有钠、钾等碱金属的硅酸盐是可溶性的，而硅酸铁和硅酸铝的溶解度，只有10mg/L。

正硅酸H₄SiO₄是一种弱酸，其电离常数pKa₁＝9.5，pKa₂＝11.7，说明在pH为9.5时，大约有50％发生电离，而另外50％则以未离解的正硅酸H₄SiO₄形式存在。从表1可以看出pH＞10时，二氧化硅的溶解度才明显提高，是由于此时生成了水溶性较好的正硅酸离子(H₃SiO₄^-)。pH＜9时，二氧化硅的溶解形态是单体的硅酸Si(OH)₄，在大部分pH为7～8的天然水中，正硅酸H₄SiO₄基本上不发生电离，SiO₂是以未离解的正硅酸H₄SiO₄形式存在。