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超分子膜化技術(shù)概述

超分子膜化技術(shù)是山東青潔能環(huán)保有限公司超分子節(jié)能減排技術(shù)體系中的重要組成部分，是替代傳統(tǒng)化學(xué)清洗預(yù)膜和水處理技術(shù)。藥劑呈中性至弱堿性，對設(shè)備不產(chǎn)生任何腐蝕，清洗成膜一次完成，對環(huán)境無任何危害，安全、環(huán)保，是安全清潔技術(shù)的理想選擇。 

1、超分子膜化技術(shù)原理（荷葉膜防腐防污技術(shù)）

超分子膜化節(jié)能技術(shù)是青潔能總工韓泰清高工的節(jié)能減排技術(shù)系列的重要組成部分，是替代傳統(tǒng)化學(xué)清洗預(yù)膜和水質(zhì)穩(wěn)定處理的新一代技術(shù)。超分子膜化劑是韓泰清高工研發(fā)的產(chǎn)品，韓泰清高工是HG/T2387-92《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的起草人和起草組負(fù)責(zé)人，具有50多年的防腐清洗和工業(yè)水處理實踐經(jīng)驗，韓工帶隊研發(fā)的超分子膜化劑，是通過藥劑的超分子識別和選擇性組裝作用，在金屬表面形成優(yōu)于納米膜的超分子膜，超分子自組裝過程形成穩(wěn)定、致密的膜層結(jié)構(gòu)—單分子層，該膜層能有效的保護(hù)金屬設(shè)備不受腐蝕，也能阻止各種污垢的再次附著，類似于荷葉的防腐、防污效果。

該藥劑可以進(jìn)行系統(tǒng)開車前的清潔預(yù)膜，和系統(tǒng)的在線安全清洗除垢，能清除銹垢、碳酸鹽垢、磷酸鹽垢、硅酸鹽垢和硫酸鹽垢等難溶垢及生物黏泥，清洗高效安全，不產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象。藥劑呈中性至弱堿性，對設(shè)備的金屬本體幾乎不產(chǎn)生腐蝕，對環(huán)境友好、無毒、無殘留，安全、環(huán)保，是安全清潔技術(shù)的理想選擇。

電站鍋爐是生產(chǎn)高壓蒸汽的設(shè)備，水的汽化 過程正常是核態(tài)沸騰，如果受熱面銹蝕結(jié)垢，導(dǎo)致鍋爐的自清洗過程受阻，容易產(chǎn)生膜態(tài)沸騰，這是鍋爐爆管的主要原因，也是鍋爐產(chǎn)汽量下降的主要原因。如果采用超分子膜化技術(shù)，薄而致密的超分子層表面會確保鍋爐的核態(tài)沸騰，從而確保鍋爐的安全和產(chǎn)能。

2、超分子膜化技術(shù)特點

2.1、把水質(zhì)穩(wěn)定處理變?yōu)樵O(shè)備金屬表面處理（荷葉膜技術(shù)）。

傳統(tǒng)的水處理技術(shù)是通過加藥，降低水的腐蝕、結(jié)垢傾向，也就是所謂的水質(zhì)穩(wěn)定處理技術(shù)。而超分子膜化技術(shù)是通過超分子的選擇性自組裝作用，特異性的與金屬進(jìn)行選擇性組裝，在設(shè)備表面形成一層超分子膜。在自組裝過程中，藥劑分子的振動和布朗運動會將金屬表面原有的污垢予以清除，分散到溶液中，從而達(dá)到徹底除垢和組裝成膜的目的，形成的超分子膜比傳統(tǒng)的鈍化膜、沉積膜和吸附膜都要均勻、致密，確保金屬具有荷葉表面一樣的防腐、防污能力，使金屬表面處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2、金屬表面的超分子膜大大增強緩蝕阻垢效果。

設(shè)備經(jīng)過超分子膜化后，形成了穩(wěn)定、致密的超分子保護(hù)膜。該超分子膜由于其微觀結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)，能夠有效的阻止污垢附著，這種效應(yīng)稱為拒污效應(yīng)。故超分子膜的阻垢性能是常規(guī)水處理藥劑無法比擬的，不僅阻止污垢的附著，還能將老垢清除干凈。

另外，超分子膜化更完全徹底，其緊密的微觀結(jié)構(gòu)，能夠有效對金屬設(shè)備表面進(jìn)行改性，增強金屬本身的抗腐蝕性能。因為超分子膜能拒絕污物的附著，防止循環(huán)水中的腐蝕性離子與設(shè)備接觸，有效保護(hù)設(shè)備不受腐蝕。

2.3、設(shè)備的換熱能力提高。

超分子膜的形成機理為超分子藥劑與金屬的選擇性組裝，因此決定了超分子膜為極薄的一層單分子膜層。不影響金屬的導(dǎo)熱性能，較之常規(guī)的鈍化膜，能有效提高設(shè)備的導(dǎo)熱系數(shù)，提高換熱效率。

2.4、循環(huán)水的導(dǎo)熱能力提高。

被分散到溶液中的設(shè)備垢質(zhì)，在溶液中均勻分散后，能顯著提高循環(huán)水的比熱，單位流量的循環(huán)水能夠吸收更多的熱量，對換熱效率有很大的提高。

銅的導(dǎo)熱系統(tǒng)為401W/m•K，鋼的導(dǎo)熱系統(tǒng)為54W/m•K，而水垢的導(dǎo)熱系統(tǒng)僅為1.3～3.1W/m•K，鐵銹的導(dǎo)熱系數(shù)為0.116-0.232 W/m•K。銹垢、水垢等附著在金屬表面，因為其熱阻是金屬的幾十倍甚至上百倍，會嚴(yán)重影響熱交換；但是，通過超分子的分散溶解作用，均勻分布到循環(huán)水里，因為循環(huán)水運行工況下，40℃左右水的導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.64W/m•K，20℃時水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.60 W/m•K，很小，加進(jìn)鐵、鈣、鎂等鹽類，會提高水的導(dǎo)熱速度，有利于熱交換，將金屬表面的污垢變成了水的導(dǎo)熱促進(jìn)劑，化害為利。

2.5、提高循環(huán)水的流速。

超分子膜類似荷葉膜，水在其表面流動順暢，與金屬表面有銹垢和有水垢的表面比，水在表面的流動阻力大大減弱，滯流層的厚度減薄，可以提高循環(huán)水的流動速度和熱交換速度。 

另外，超分子藥劑為大分子物質(zhì)，在加入循環(huán)水中后，能與水分子及循環(huán)水中的無機鹽分子進(jìn)行橋連，通過氫鍵等弱分子間作用力形成空間網(wǎng)狀分子集團(tuán)。這種結(jié)構(gòu)的形成，能夠大大減少水中的渦流和靠近管壁的滯流層厚度，使循環(huán)水處于類層流狀態(tài)，從而提高流速，單位時間流經(jīng)換熱設(shè)備的循環(huán)水量增加，換熱效率進(jìn)一步提高。

渦流的存在會使水分子及其他分子、離子摩擦，泵的機械能一部分轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，使水的溫度升高，吸熱能力下降，降低了循環(huán)水的換熱效率。因此，投加超分子藥劑，減少渦流，阻止了循環(huán)水將泵的動能轉(zhuǎn)換成熱能，有效提高泵的效率。實驗證明，投加0.03%的超分子藥劑，通過消除渦流的摩擦，可以使循環(huán)水泵節(jié)電。

2.7、減少循環(huán)水的風(fēng)吹損失和蒸發(fā)損失。

水的比熱很大，是4.2×103焦/(千克×℃)；水的汽化潛熱也很大，為40.8千焦/摩爾，相當(dāng)于2260千焦/千克，水的蒸發(fā)是循環(huán)水降溫的重要途徑，所以水是質(zhì)優(yōu)價廉的熱媒介，號稱工業(yè)的血液，工業(yè)用水的80%用于循環(huán)冷卻水，循環(huán)水的節(jié)能減排是工業(yè)節(jié)能減排的關(guān)鍵。

超分子藥劑與水分子及循環(huán)水中的無機鹽分子進(jìn)行橋連，形成空間網(wǎng)狀分子集團(tuán)，能夠大大降低水中的渦流和滯流層厚度，從而提高流速，循環(huán)水量增加，導(dǎo)熱能力提高，綜合換熱效率提高，在保證換熱效果的前提下，這種橋連作用也減少了水分子的逃逸和蒸發(fā)，同時也減少了循環(huán)水的風(fēng)吹損失。實驗證明，投加0.03%的JN-366超分子緩蝕阻垢劑，在保證循環(huán)水換熱效率的前提下，可將循環(huán)水的風(fēng)吹損失和蒸發(fā)量降低5～17%。

2.8、避免了系統(tǒng)的停車清洗。

傳統(tǒng)的水質(zhì)穩(wěn)定處理，需要定期停車對系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，通過清洗劑與污垢之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到清洗的目的，而所使用的清洗劑一般為小分子的酸或堿。傳統(tǒng)清洗劑在與裝置內(nèi)的垢發(fā)生反應(yīng)時，由于垢層的厚度不一，所以，在傳統(tǒng)化學(xué)清洗（尤其是酸洗）過程中不可避免的存在著過洗腐蝕的現(xiàn)象。因此，傳統(tǒng)化學(xué)清洗和鈍化處理技術(shù)難度較高，風(fēng)險不易控制。

        銹蝕嚴(yán)重的金屬表面             加藥2個月后形成的超分子膜

另外，由于傳統(tǒng)清洗劑的分子體積較小，很容易擴散到設(shè)備金屬本體內(nèi)部，造成金屬內(nèi)部的晶格畸變，形成金屬內(nèi)部微觀晶體結(jié)構(gòu)的缺陷。晶體缺陷的出現(xiàn)，會大大影響金屬本身的性能，其抗壓強度、抗拉伸強度、蠕變性、延展性以及耐腐蝕性等各項性能指標(biāo)都會大大降低，嚴(yán)重危害設(shè)備的運行安全和使用壽命。

與傳統(tǒng)化學(xué)清洗和鈍化處理相比，超分子膜化技術(shù)更加安全可靠，簡單易行，而且對環(huán)境友好，不會造成二次污染，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備與操作人員的安全。循環(huán)水系統(tǒng)使用超分子緩蝕阻垢劑，可確保系統(tǒng)不結(jié)垢，無需停車清洗。對于有污垢的系統(tǒng)，可以多投加藥劑，或者在線膜化，實現(xiàn)在線清潔預(yù)膜，避免了傳統(tǒng)的停車清洗。

2.9、顯著提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，節(jié)約工業(yè)用水。

超分子膜具有荷葉的防腐、防污性能，在提高換熱效率的同時，可以耐受較差的水質(zhì)，從而顯著提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，這是工業(yè)用水能夠節(jié)約用水的最主要有效途徑。

下表反應(yīng)了濃縮倍數(shù)的提高直接帶來的節(jié)水效果：

采用超分子膜化技術(shù)和配套的排污裝置及藥劑，可以做到循環(huán)水系統(tǒng)的零排放，請參看本方案的第三章的第四款內(nèi)容。

2.10、超分子膜化劑兼具廣譜殺菌滅藻功能。

傳統(tǒng)的水質(zhì)穩(wěn)定處理，一般投加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑兩種藥劑，而且殺菌劑還要把氧化性和非氧化性藥劑交替使用，加藥、檢測等操作繁瑣。一旦操作失誤，菌藻滋生很快，產(chǎn)生大量粘泥影響熱交換，腐蝕設(shè)備，甚至堵塞冷卻塔填料，造成停產(chǎn)事故，需要停車對系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗。氧化性殺菌劑一般都是氯及其衍生物，部分非氧化性殺菌劑也含有氯離子，這樣就把大量的腐蝕性氯離子加入循環(huán)水系統(tǒng)，氯離子是腐蝕性最強，半徑最小的活潑離子，極易滲入金相缺陷處富集，特別是對不銹鋼設(shè)備，很容易造成氯離子應(yīng)力腐蝕破裂，對設(shè)備危害極大。

超分子膜化劑具有高效的滲透和分散作用，可以破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，抑制、殺滅菌藻的滋生，具有廣譜、高效的殺菌滅藻作用。一般的循環(huán)水系統(tǒng)只投加超分子膜化劑一種藥劑就可以啦。對于菌藻嚴(yán)重的系統(tǒng)，我公司有專門的高效無氯殺菌滅藻劑JN-421。

3.超分子膜化技術(shù)在工業(yè)清洗領(lǐng)域的應(yīng)用：

傳統(tǒng)的化學(xué)清洗均是通過清洗劑與污垢之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到清洗的目的，而所使用的清洗劑一般為小分子的酸或堿。傳統(tǒng)清洗劑在與裝置內(nèi)的垢發(fā)生反應(yīng)時，由于垢層的厚度不一，所以，在傳統(tǒng)化學(xué)清洗（尤其是酸洗）過程中不可避免的存在著過洗腐蝕的現(xiàn)象。

另外，由于傳統(tǒng)清洗劑的分子體積較小，很容易擴散到設(shè)備金屬本體內(nèi)部，造成金屬內(nèi)部的晶格畸變，形成金屬內(nèi)部微觀晶體結(jié)構(gòu)的缺陷。晶體缺陷的出現(xiàn)，會大大影響金屬本身的性能，其抗壓強度、抗拉伸強度、蠕變性、延展性以及耐腐蝕性等各項性能指標(biāo)都會大大降低，嚴(yán)重危害設(shè)備的運行安全和使用壽命。

超分子膜化技術(shù)中所使用的藥劑，本身分子尺寸超出了金屬原子間距，并且具有外層空電子軌道，能夠與金屬表面的活潑電子形成共用體系，特異性的結(jié)合，穩(wěn)定的在金屬表面形成致密的超分子膜層。故藥劑分子無法向金屬內(nèi)部滲透擴散，不會造成晶體缺陷影響設(shè)備的性能，對設(shè)備是極其安全的。其除垢清潔是在成膜過程同步完成的，膜化更完全，除垢更徹底。且膜化后的廢水中無任何顆粒雜質(zhì)，中性無毒，對環(huán)境友好。

通過下面兩圖的對比，我們可以更直觀地認(rèn)識這個概念，即使看起來很光潔的金屬表面實際是很粗糙的，而使用超分子膜化技術(shù)后就能在金屬表面形成這樣一個平整光滑的超分子膜—單分子層。

  微觀下的20＃碳鋼表面銹層 （粗糙）              超分子膜化后的效果（精細(xì)磨砂面）

除了在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的優(yōu)異表現(xiàn)，超分子膜化節(jié)能技術(shù)在工業(yè)設(shè)備管道的清洗除垢領(lǐng)域也表現(xiàn)出了優(yōu)異特性，常溫中性超分子膜化節(jié)能技術(shù)，就是利用超分子膜化原理進(jìn)行化學(xué)清洗和鈍化防腐的新技術(shù)，該方法對系統(tǒng)安全、高效，下圖為管內(nèi)加熱臥式鍋爐爐管采用超分子膜化前后同一系統(tǒng)的對比。

          超分子膜化前                  超分子膜化后

金屬設(shè)備表面鈍化成膜是金屬改性的一種處理方式，金屬表面的成膜通常分為氧化膜、沉積膜和吸附膜三種。氧化膜最穩(wěn)定的，但一般在特定的條件下才能形成，沉積膜和吸附膜的穩(wěn)定性較差，在高濃縮倍數(shù)下，所形成的膜會迅速被水中的腐蝕性離子破壞，失去其保護(hù)作用。而且需單獨清洗之后才能膜化，一來工藝復(fù)雜成本較高，二來清洗不徹底的話將會嚴(yán)重影響成膜效果。

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