稳定性聚环氧琥珀酸（PESA）的合成及使用性能研究
程终发 孙宝季 刘坤 薛成义
（山东省泰和水处理有限公司 山东枣庄277100）
【摘要】以马来酸酐为原料合成了聚环氧琥珀酸钠并投入工业生产。通过对CaCO3阻垢率、复配相容性
及增效性、与1227的相容性、在油田上对BaSO4、SrSO4阻垢性能的研究，结果表明PESA确实是一种
性能优良的多功能阻垢剂。
【关键词】聚环氧琥珀酸； CaCO3； BaSO4； SrSO4；相容性；复配阻垢剂
聚环氧琥珀酸是一种无磷、无氮的可生物降解的水处理药剂『1 其优异的阻垢性和良好的环保性，越来越受
到水处理行业的重视。自20世纪90年被美国开发出来后，由于其优良的阻垢性能（文献介绍）和可降解
性而成为人们研究的热点『2』，目前在发达国家，早已经提出并颁布了限磷禁磷的法规政策，绿色环保的产
品受到极大的欢迎，像PESA，聚天氡氨酸等，呈逐年上长的趋势，目前国内的很多厂家，科研院所在这
方面也做了大量的研究，但大多产品或样品所表现出的阻垢性能等诸方面效果不佳或不稳定，与进口的产
品相比，还有一定的差距，特别是工业生产，不同批次间阻垢性能差异较大，复配性能不稳定，行业内包
括我们自己，一度把这样一个好产品当成了炒作品。但使用过进口产品的一些行内人士极力向我们推荐该
产品，06年初我们重新开始了PESA的合成实验，通过摸索，我们成功地解决了PESA性能不稳定的问
题，无论是小试产品还是连续三个月50多个批次的中试产品，各方面性能均很稳定。可以说聚环氧琥珀酸
本身确实是一个好产品，效果不好是因为没做好而不是这个产品不好。
1、实验部分
1.1 PESA的合成
将马来酸酐、一定量的水投入反应釜中，搅拌溶解后冷却条件下（t＜40℃)加入液体氢氧化钠，然后升温
至60-70℃，加入催化剂，滴加H2O2和少量NaoH，环化时间0.5-3小时，环化完成后升温至90-100℃加
入Ca（OH）2 进行聚合反应，得无色至淡黄色透明粘稠液体，固含量大于40%，过滤提纯即为产品。
1.2性能试验
1.2.1静态阻CaCO3垢试验
碳酸钙沉积法：以含有一定量Ca2+、HCO3-的配制水和水处理剂制备成试液。在加热条件下促使碳酸氢钙
加速分解为CaCO3。达到平衡后测定试液中的Ca2+浓度， Ca2+浓度愈大则药剂阻垢性能越好。
1.2.2静态阻BaSO4 、SrSO4垢试验
按行标SY/T5673-1993配制试液并进行阻垢性能的测定。
1.2.3复配性能
和常用水处理药剂EDTMPS、DTPMP、ATMP、AA/AMPS、PBTCA等复配，考察复配物的阻垢性能及
影响复配性能的因素。
1.2.4 和阳离子杀菌剂1227的相容性
在做阻垢率的实验过程中加入十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）考察对阻垢率的影响。
1.3产物的表征
13
C核磁测试。
2、结果与讨论
2.1 产物13 C核磁谱图
从图上可以看出，产物中主要是聚环氧琥珀酸，同时含有极少里副产物酒石酸及未反应的马来酸盐。
2.2静态阻CaCO3垢效果
静态阻CaCO3垢的实验条件为Ca2+质量浓度240mg/L, HCO-3质量浓度732mg/L，温度80℃，时间10h,
溶液PH值9.0，试验结果见表一
表一CaCO3垢的阻垢率
从上表可以看出，PESA对CaCO3 垢的阻垢率关键是考察低剂量时的效果，特别是2.5和5.0mg/L。因
为药剂浓度为10mg/L 时，对CaCO3垢阻垢率质优质差的阻垢率差别不大。不同厂家的产品、同一厂家
产品和试制品差别很大。浓度在2.5 mg/L和5.0mg/L时PESA比PBTCA的阻垢率稍低。
2.3静态阻BaSO4 、SrSO4垢
阻BaSO4 、SrSO4垢的性能测定是按照石油天然气行业标准SY/T5673-1993进行的，即Ba2+质量浓度
185mg/L, SO42-质量浓度270 mg/L，NaCL质量浓度7.5g/L; Sr2+质量浓度1837mg/L, SO42-质量浓度2470
mg/L，NaCL质量浓度7.5g/L。试验结果见表二。
表二BaSO4 、SrSO4垢的阻垢率
可以看出，PBTCA对钡、锶几乎没有阻垢能力，PESA对钡、锶具有一定的阻垢能力， PESA复配后对
钡、锶具有优良的阻垢能力。因此在陆上油田开采的的中后期及海上油田钡、锶含量高的油井含PESA复
配物的使用是不错的选择。
2.4复配性能
和常用水处理药剂EDTMPS、DTPMP、PBTCA等复配，考察复配物的阻垢性能及影响复配性能的因素。
阻垢率见下表
表三复配药剂的阻垢率
加药量mg/L
阻垢率% 药剂种类 2.5mg/L 5.0mg/L 10.0mg/L
A厂PESA产品 21.70 41.04 70.96
B厂PESA产品 30.47 57.20 79.93
B厂PESA试制品 49.02 62.98 81.13
泰和3月份PESA产品 46.03 64.97 82.92
泰和4月份PESA产品 51.85 66.80 80.49
泰和5月份PESA产品 49.74 66.17 82.60
PBTCA 54.56 72.94 80.69
AA/AMPS 30.45 43.40 65.78
加药量mg/L 药剂种类 阻垢率% BaSO4 SrSO4
10ppm 20ppm 15ppm 30ppm
PBTCA 7.27 7.90 1.1 1.13
PESA 12.73 62.77 41.24 61.44
PESA复配物 42.11 81.40 38.90 87.23
PESA/PBTCA 质量比 3/1 1/1 1/3
加药量
mg/L
2.5 5.0 10.0 2.5 5.0 10 2.5 5.0 10.0
阻垢
率% 53.95 68.70 73.96 53.95 79.23 86.60 61.96 66.38 79.23
PESA/EDTMPS 质量比 3/1 1/1 1/3
加药量2.5 5.0 10.0 2.5 5.0 10 2.5 5.0 10.0
从表三可以看出，PESA和PBTCA、EDTMPS按质量比1：1复配具有最佳协同增效作用，和DTPMP
复配协同效应不明显。
在复配过程中还发现PESA的未环化单体高时（溴值高于70mg/g）复配物底部容易析出结晶物。
2.5 PESA和1227的相容性
在做PESA的静态阻CaCO3垢试验中，加入200mg/L 1227，阻垢率见表四
表四 加1227后的阻垢率
加入1227对PESA阻垢率影响极小，这可能与PESA的结构中含有醚基有关。PESA和1227相容性好
克服了常规的聚羧酸类分散剂在循环水中与阳离子杀菌剂不能同时使用的缺点。
3结论
3.1 以马来酸酐为原料生产绿色环保型阻垢剂聚环氧琥珀酸钠（PESA），测定了PESA的阻垢性能。投
加量为10mg/L时对CaCO3的阻垢率超过80%；含PESA的复配物投加量为20mg/L时对BaSO4的阻垢
率超过80%；投加量为30mg/L时对SrSO4的阻垢率超过80%；阻垢力强且稳定。
3.2 PESA和PBTCA、EDTMPS等复配具有协同增效作用。
3.3 PESA和阳离子杀菌剂1227等相容性好。
4、需改进之处
PESA的耐高温性能有待考察；PESA在循环水系统中的检测方法。更多的应用研究有待更多的水处理工
作者去开发。
『参考文献』
「1」王风云 吕志芳等 聚环氧琥珀酸的合成及阻垢性能 应用化学，2001，18（9）746748
「2」侯振宇等 聚环氧琥珀酸的合成及阻垢性能研究 工业用水与废水2006，37（2）
mg/L
阻垢
率%
48.69 65.54 77.12 52.48 67.86 79.65 52.90 64.49 76.70
PESA/DTPMP 质量比 3/1 1/1 1/3
加药量
mg/L
2.5 5.0 10.0 2.5 5.0 10.0 2.5 5.0 10.0
阻垢
率%
47.63 60.27 66.17 45.74 58.17 63.85 47.63 62.78 68.70
加药量mg/L
阻垢率% 药剂品种 2.5 5.0 10.0
PESA 51.79 63.41 81.33
PESA/1227
50.62 62.39 80.16