2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷的合成工艺研究(5)
1.1.6磷系水处理剂的发展趋势
纵观含磷药剂的研究发展，无论是磷系缓蚀阻垢剂还是共聚物系阻垢分散剂的研究开发，都与适应环境保护的要求分不开的。为了符合国家环保相关政策的要求，为了尽可能节约水资源、提高浓缩倍数、实现中水回用，循环水处理从最初的高磷、酸性处理逐步过渡到低磷含量的碱性处理或中性处理[17]。正是相关企业对水处理技术和产品要求的提高和国家相关环保政策的不断完善、环保执法力度的加大，从而也促使科研院所和水处理相关的生产厂家不断地加大科技投入，开发性能更好的新型水处理剂以适应市场需求。
几十年来，含磷缓蚀阻垢剂随着环保要求不断提高的发展经历了从无机磷类到有机磷类、从有机磷酸盐到有机磷羧酸及含磷聚合物，磷的含量不断地得到下降，表1-2列出了几种含磷水处理剂的含磷量[18]。含磷聚合物在未来的十几年内将是含磷缓蚀阻垢剂的发展方向。
表1-2 主要含磷水处理剂的含磷量
种类 含磷水处理剂 磷含量wt%
2 PBTCA的工艺合成
含磷缓蚀阻垢剂及磷系配方自20世纪60年代向世以来，历经30多年的发展完善和更新，目前已成为国内外工业上应用范围最广、使用最成功的一类水处理剂。含磷缓蚀阻垢剂的发展最早始于20世纪50年代初，美国利用协同效应的原理，在铬酸盐配方中加入无机磷酸盐和锌盐，使铬酸盐在配方中由原来的0.02%降至0.002%以下[19]。1967年又开发出了全有机、非重金属冷却水方案一有机磷酸盐与聚合物复合配方，促进了磷系水处理剂的发展[20]。为适应环保要求的不断变化及更加苛刻的水质条件，国外水处理剂研究开发的热点之一就是有机磷酸缓蚀阻垢剂及其应用开发，其中最具代表性的就是：2-磷酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)。有机磷酸羧酸型水质稳定剂的研究和开发目前在国内尚属起步阶段，它是当前国内外水处理剂研制开发的热点之一。
2.1 PBTCA及其钠盐的性质
2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷（PBTCA）是一种优良的阻垢缓蚀剂，其广泛应用于循环冷却水系统和油田注水系统，其分子式是C7H11O9P，其分子结构式如图2-1所示：
图2-1 PBTCA分子结构式
此化合物分子中有三个羧基和一个磷酸基，具有对金属离子较强的螯合能力。显示出较强的阻垢缓蚀能力。我国华东化工学院和南京化工学院曾对其性质进行过系统研究，实验结果表明PBTCA能耐酸、碱和氧化剂作用，在pH>14时仍不发生水解，热稳定性好，在高硬、高碱、高温情况下，其阻垢性能优于HEDP、ATMP。是优良的阴极型缓蚀剂。同时PBTCA属于超低磷系列的水质稳定剂，其磷的质量分数仅为11.5%(这比常用的有机磷水处理剂HEDP的30.1%、ATMP的31.1%都低)，因而排放不受环保限制，毒性小，对环境污染小[21]。
2-磷酸丁烷-1,2,4-三羧酸四钠（PBTCA•Na4），其分子结构式如图2-2所示：
图2-2 PBTCA•Na4分子结构式
其含磷量低，具有良好的阻垢和缓蚀性能，优于常用的有机磷酸，特别在高温下阻垢性能远优于常用的有机磷酸，能提高锌的溶解度，耐氯的氧化性能好，复配协同性好。PBTCA•Na4在高效缓释阻垢剂复配中应用最广，是性能最好的产品之一，也是锌盐的优良稳定剂。PBTCA•Na4广泛应用于循环冷却水系统和油田注水系统的缓蚀阻垢，特别适合与锌盐、共聚物复配使用，可用于高温、高硬、高碱及需要高浓缩倍数下运行的场合，在洗涤行业中可作螯合剂及金属清洗剂。但固体易吸潮。
2.2 PBTCA的研究意义
用化学法处理工业废水主要是在水处理系统中投加絮凝剂、缓蚀剂、杀菌剂等多种药剂，但是投加多种药剂，会使处理工艺流程复杂，设备增多，药剂费用增加，操作过程复杂化，有时甚至会因多种试剂的投加而彼此互相拮抗，从而降低药剂的效果，故研究一种水处理剂，它兼具有两项或多项功能，就显得非常重要[22]。而PBTCA就是一种性能优良同时兼具缓释和阻垢的水处理剂，同时PBTCA虽然在发达国家的水处理应用中已很普遍，但在国内PBTCA的使用还未普及，生产厂家也较少。PBTCA有很广的开发前景和经济效益。因而研究PBTCA的合成具有重要的理论意义和巨大的应用价值，对促进我国的水处理工业发展与环境治理和社会的可持续发展有着积极的推动作用。关于PBTCA合成相关的文献较多，但文献的着重点都在PBTCA合成的可行性和合成的PBTCA的性质研究上，而对可能影响PBTCA合成产率的影响因素的研究极少，而合成产率对PBTCA的工业生产极为重要。本文就着重研究了对PBT CA合成的可能影响因素及其影响关系。