ИП Пелевина Галина Евгеньевна
+ 7(910) 576-28-56, +7 (4912) 30-19-33
pelevina.galina@gmail.com
Под маркой PLEVREN фирма “Zschimmer & Schwarz Mohsdorf”, Германия предлагает целый ряд фосфонатов, которые применяются для производства средств бытовой химии и в водообработке вот уже несколько лет. Представленные фосфонаты имеют сходные общие химические свойства, предполагающие общую взаимозаменяемость фосфонатов. Однако, такая точка зрения не совсем верная. Так как фосфонаты имеют различную химическую структуру , то, соответственно, и выраженные их характеристики проявляются по-разному. Этот факт позволяет предлагать из нашего ассортимента продукты, которые могут использоваться в различных химических и технических сферах.
В современном пищевом, пивном производстве, виноделии, молочной и мясной промышленности используются закрытые герметичные системы для изготовления продукции. Такое оборудование необходимо периодически очищать и дезинфицировать, не разбирая его на составные части. Для этого существуют специальные станции, называемые CIP-мойками.
Будь то для домашнего хозяйства или крупной промышленности, для производства моющих средств и косметики, а также бумажных и текстильных изделий или в опреснительных системах и системах охлаждения воды, где вода используется в промышленных масштабах, повсюду используются фосфонаты компании Zschimmer & Schwarz. Благодаря своим выдающимся свойствам они гарантируют как экономичные, так и энергоэффективные результаты. В тесном сотрудничестве с нашими клиентами мы разрабатываем специальные продукты, адаптированные к потребностям и требованиям заказчика, которые последовательно отвечают самым высоким стандартам безопасности, качества и окружающей среды.

Login

Hinweis:

Zum Login ist ein Passwort erforderlich, nach Eingabe des Passwortes haben Sie uneingeschränkt Zugriff auf die freigeschalteten Bereiche.
Login vergessen? Dann klicken Sie hier und fordern Sie ein neues Passwort an.
Sie haben noch keinen Zugang? Dann können Sie sich hier registrieren.

Что такое фосфонаты

Что такое фосфонаты

Фосфонаты являются сложными эфирами фосфоновых кислот общей формулы RP(O)(OR1)n(OH)2-n. В зависимости от числа гидроксильных групп фосфонаты делятся в на первичные (n=1, кислые фосфонаты), и вторичные (п = 2, полные фосфонаты).

Phosphonate.png

Общая формула фосфонатовR3 = Alk, Ar

Фосфонаты с низшими алкильными, алкенильными и арильными заместителями представляют из себя бесцветные жидкости. Фосфонаты с высокими молекулярными массами являются маслами или кристаллами. Связи при атоме фосфора имеют тетраэдрическую конфигурацию, в ИК-спектрах присутствует характеристическая полоса связи P=O при 1200—1280 см−1.

Химические свойства

Первичные фосфонаты являются умеренно сильными кислотами (например, для n-ClC6H4P(O)(OC4H9)OH рКа = 1,7) и образуют соли аминами, вторичные образуют аддукты с кислотами Льюиса (например, с галогенидами бора).

При нагревании первичные фосфонаты диспропорционируют с образованием полифосфатов, вторичные диалкилфосфонаты при нагревании выше 150°С разлагаются с образованием первичных фосфонатов и алкенов:

RP(O)(CH2CH2R1)2 RP(O)(OH)CH2CH2R1 + R1CH=CH2

При взаимодействии с пятихлористым фосфором и первичные, и вторичные фосфонаты образуют хлорангидриды фосфоновых кислот:

RP(O)R12 + PCl5 RP(O)R1Cl + R1Cl + POCl3

Сфера применения Использование фосфонатов -эффективный способ предотвращения солеотложений

Впервые применение производных органофосфоновых кислот в качестве ингибиторов коррозии и солеотложений было предложено и запатентовано специалистами США в 1960-х г.г.(1,2) Во многих странах вслед за этим были разработаны разнообразные технологические процессы противонакипной и противокоррозионной обработки воды, основанные на введении в воду органофосфоновых кислот и их производных. Механизм действия этих препаратов, однако, долгое время оставался невыясненным. Н.М.Дятловой и др.(3) был проведен анализ взаимодействия фосфоновых кислот и других комплексонов с ионами солей, образующих отложения. И в дальнейшем получила свое подтверждение точка зрения, что ингибирующее действие фосфонатов обусловлено их адсорбцией на поверхности растущих кристаллов минеральных солей. Предложенная в работе (4) математическая модель влияния фосфоновых кислот на процессы кристаллизации минеральных солей представляется неубедительной, т.к. в ней не учтены основные факторы – структура поверхности и механизм роста кристаллов минеральных солей. Позднейшие исследования (5,6) показали, что ингибирующей активностью обладают не сами комплексоны, а их соединения с ионами металлов – комплексонаты. На основе комплексных соединений органофосфоновых кислот с цинком (7,8,9) российскими учеными разработаны ингибиторы солеотложений и коррозии. Несмотря на развитие представлений о механизме действия ингибиторов солеотложений, строгие критерии их применимости в конкретных условиях до последнего времени отсутствовали. Это приводило к многочисленным трудностям и неудачам при использовании комплексонных препаратов для противонакипной обработки воды (10,11,12). Основной вопрос при использовании фосфонатов для противонакипной обработки воды состоит в том, каково предельно допустимое содержание в воде ионов соли, образующей отложения, при котором фосфонатная обработка способна предотвратить кристаллизацию минеральных солей. Так как основной солью. Образующей отложения, чаще всего бывает карбонат кальция, то в качестве критериев применимости фосфонатов в энергетике традиционно рассматривают кальциевую жесткость ЖСа, щелочность Щ (определяемая содержанием, в основном, карбонат- и гидрокарбонат-анионов) или их произведение ИК = ЖСа Щ, называемое карбонатным индексом. Значения ЖСа и Щ обычно принято выражать в мг-экв/л, а ИК - в (мг-экв/л)2 . Научно-техническим советом РАО «ЕЭС России» было рекомендовано (13) ограничить применение комплексонатной обработки воды предельно допустимым значением ИК = 8(мг-экв/л2 ). 

 

Другим серьезным вопросом является влияние макисмально допустимой температуры воды (с учетом пристенных перегревов в котле или теплообменнике), при которой органофосфонаты способны ингибировать солеотложения. Современные теоретические основы ингибирования кристаллизации минеральных солей, позволяющие получить ответы на эти вопросы, развиты в работе (16)

 

Теоретическое обоснование предлагаемого способа

Способ ингибирования солеотложений основан на введении в воду органофосфоновых кислот, их солей или комплексонов с металлами. При введении кислот, например, нитрилотриметилфосфоновой кислоты, молекулы кислоты в водном растворе подвергаются ионизации

N(CH2PO3 H2 ) 3 HN(CH2PO3 H) +2H+

 

Аналогично подвергаются ионизации и молекулы солей этих кислот. Образовавшиеся ионы взаимодействуют с содержащимися в воде ионами кальция и других металлов с образованием комплексных соединений – фосфонатов: HN(CH2PO3 H ) +Ca2+ [HN(CH2PO3 H )3Ca ] Строение фосфонатов хорошо изучено. И в состав наиболее эффективных современных ингибиторов солеотложений входят уже готовые фосфонаты, чаще всего цинка. Ионы фосфонатов, обладающие большим дипольным моментом, адсорбируются на поверхности зародышей кристаллов. В результате зародыши, находящиеся вблизи границы термодинамической устойчивости, не могут расти и растворяться под влиянием флуктуаций, обусловленных тепловым движением. Механизм образования зародышей кристаллов в пересыщенном растворе минеральных солей до настоящего времени однозначно не выяснен. Это не дает возможности обосновывать ингибирование солеотложений строгими расчетами. Очевидно, однако, что рост кристалла возможет только из такого зародыша, который обладает основными элементами симметрии кристаллической решетки минеральной соли. Предположительно зародыш кристалла состоит из нескольких сформированных ячеек кристаллической решетки минеральной соли, а рост такого зародыша осуществляется застройкой соседних ячеек, образующих ступени роста на поверхности зародыша. Адсорбция иона фосфоната на поверхности такого зародыша не дает возможности застроить частицами минеральной соли примыкающие ячейки кристаллической решетки и вследствие этого тормозит рост зародыша.

Очевидно, что адсорбция ионов фосфоната может тормозить только рост зародыша, но никак его первоначальное флуктуационное возникновение. Для того, чтобы тормозить рост зародыша, адсорбированный ион фосфоната должен занять положение, пересекающее границы примыкающей к поверхности зародыша соседней ячейки кристаллической решетки. Для этого зародыш должен иметь хотя бы одну минимально развитую грань. Это возможно только в том случае, если зародыш состоит, как минимум, из двух ячеек кристаллической решетки. С другой стороны введение фосфонатов в оду может предотвратить кристаллизацию минеральных солей только в том случае, когда такой зародыш термодинамически неустойчив. Такой зародыш будет находиться в неустойчивом равновесии с раствором, если при его образовании изменение изобарно-изотермического потенциала (свободной энергии Гиббса) ∆G будет положительным (17). Значение ∆G дается формулой

G = - Nμ, (1)

 где S – поверхность зародыша, м2; σ – cвободная энергия поверхности Дж/ м2 ; Поверхность зародыша составляет S=4absinγ + 4acsinβ + 2bcsinα, (2) где a, b, c – длины ребер ячеек кристаллической решетки, м; α,β,γ – углы между ребрами ячейки кристаллической решетки.Число формульных единиц соли в зародыше N = 2n, (3) где n – число формульных единиц соли, образующей отложения, в одной ячейке кристаллической решетки. Разность химических потенциалов ∆μ дается формулой  ∆μ= kTln (CiJ-)P0(4)

где kпостоянная Больцмана, k= 1,38·10-23Дж/К; Tабсолютная температура, K; С+ - концентрация в воде катиона соли, моль/л; i- число катионов в формуле соли; С- - концентрация в воде аниона соли, моль/л; j – число анионов в формуле соли; P0 – произведение растворимости соли (зависящее от температуры). Подставив в формулу (1) формулы (2), (3) и (4), из неравенства получим условие эффективного ингибирования солеотложений:

 

ln (CiJ-)< σ 2absinγ + 2acsinβ + bcsinα P0 kTn(5)

 

Подставляя в формулу (5) соответствующие параметры конкретных минеральных солей (хорощо известные из справочных данных), можно получить условия, при которых фосфонатная обработка воды может быть эффективной по отношению к определенным солям. Например, при температуре 300K (27°C) эффективное предотвращение солеотложений карбоната кальция возможно только при условии CCa CCO3 < 6,5·10-3 (моль/л)2где CCa - концентрация ионов кальция, моль/л; CCO3 - концентрация карбонат-ионов, моль/л; а сульфата кальция при условии CCa CSO4 < 4,7·10-3 (моль/л)2 , где CSO4 - концентрация сульфат-ионов, моль/л.

 

При повышении температуры указанные границы резко снижаются – как из-за увеличения знаменателя правой части неравенства (5), так и за счет уменьшения произведений растворимости указанных солей. Кроме того, полученные соотношения дают только теоретический предел, и все изложенное совершенство не означает, что во всех случаях, когда (5) – (7) выполняются, применение фосфонатов технически эффективно и экономически оправдано. Однако, если эти условия не выполнены, то ингибирование солеотложений фосфонатами вообще невозможно.

Литература:

1.Hwa Ch.M.Organic phosphorous acid compound-chromate corrosion protection in aqueous system. – Патент США № 3431217, 1969

2.Hatch G.B., Ralston P.H Method of inhibiting corrosion with aminomethylphosphonic acid compositions. – Патент США № 3483133, 1969

3.Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов – М.: Химия, 1988

4.Евсеев А.М., Николаева Л.С., Дятлова Н.М., Самакаев Р.Х. Математическое моделирование процесса ингибирования кристаллизации солей из пересыщенных растворов. – Журнал физической химии, №7/1984.

5.Xiao J.J., Kan A.T., Tomson M.B. The role of calcium phosphino-polycarboxylate complexation in inhibiting BaSO4 precipitation from brine. – «Advanced on crystal growth inhibitor technologies»,ed. by Z.Amjad. N. – Y.: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 1999.

6.Tomson M.B., Fu G., Watson M.A.., Kan A.T. Mechanism of mineral scale inhibition. – SPE Scale symposium, Aberdeen, 2002.

7.Ковальчук А.П., Иванова Н.А. Состав для ингибирования солеотложений и коррозии . – Патент РФ № 2115631, 1998.

8. Ковальчук А.П. Состав для ингибирования солеотложений и коррозии и способ его получения. – Патент РФ № 2205157, 2003.

9.Потапов С.А. Перевод систем теплоснабжения на подпитку жесткой недеаэрированной водой. – Журнал «С.О.К.», № 6/2005.

10.Чаусов Ф.Ф., Плетнев М.А., Казанцева И.С. Проблемы и решения при внедрении технологии комплексонной обработки воды. Опыт Удмуртского государственного университета –

Журнал «С.О.К.», № 6/2004.

11.Ремезов В.Н., Юрин В.М. Проблемы выбора новых технологий. – «ЖКХ», №3/2005.

12.Чаусов Ф.Ф., Савинский С.С., Закирова Р.М., Кузькина С.П., Казанцева И.С. Причина аварии – «Комплексон». – Журнал «С.О.К.», № 7/2006.

13.Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. – М.:Изд-во «ЭНАС», 2004.

14.Чаусов Ф.Ф., Раевская Г.А. Комплексонный водно-химический режим теплоэнергетических систем низких параметров. Практическое руководство – М.-Ижевск, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003 – 280 с.

15.Балабан-Ирменин Ю.В., Рудакова Г.Я., Ларченко В.Е., Рубанов А.М. К вопросу о методике выбора марки и дозы антинакипина для систем теплоснабжения. – «Энергосбережение и водоподготовка»,

3/2005.

16.Чаусов Ф.Ф. Ингибирование роста кристаллов солей щелочноземельных металлов в водных растворах. Теория и технические приложения. – Автореф. дисс. на соискание уч. степени канд. хим. наук. – Нижний Новгород, 2005.


Возврат к списку