超分子膜化技术概述

超分子膜化技术是山东青洁能环保有限公司超分子节能减排技术体系中的重要组成部分，是替代传统化学清洗预膜和水处理技术。药剂呈中性至弱碱性，对设备不产生任何腐蚀，清洗成膜一次完成，对环境无任何危害，安全、环保，是安全清洁技术的理想选择。 

1、超分子膜化技术原理（荷叶膜防腐防污技术）

超分子膜化节能技术是青洁能总工韩泰清高工的节能减排技术系列的重要组成部分，是替代传统化学清洗预膜和水质稳定处理的新一代技术。超分子膜化剂是韩泰清高工研发的产品，韩泰清高工是HG/T2387-92《工业设备化学清洗质量标准》的起草人和起草组负责人，具有50多年的防腐清洗和工业水处理实践经验，韩工带队研发的超分子膜化剂，是通过药剂的超分子识别和选择性组装作用，在金属表面形成优于纳米膜的超分子膜，超分子自组装过程形成稳定、致密的膜层结构—单分子层，该膜层能有效的保护金属设备不受腐蚀，也能阻止各种污垢的再次附着，类似于荷叶的防腐、防污效果。

该药剂可以进行系统开车前的清洁预膜，和系统的在线安全清洗除垢，能清除锈垢、碳酸盐垢、磷酸盐垢、硅酸盐垢和硫酸盐垢等难溶垢及生物黏泥，清洗高效安全，不产生氢脆现象。药剂呈中性至弱碱性，对设备的金属本体几乎不产生腐蚀，对环境友好、无毒、无残留，安全、环保，是安全清洁技术的理想选择。

电站锅炉是生产高压蒸汽的设备，水的汽化 过程正常是核态沸腾，如果受热面锈蚀结垢，导致锅炉的自清洗过程受阻，容易产生膜态沸腾，这是锅炉爆管的主要原因，也是锅炉产汽量下降的主要原因。如果采用超分子膜化技术，薄而致密的超分子层表面会确保锅炉的核态沸腾，从而确保锅炉的安全和产能。

2、超分子膜化技术特点

2.1、把水质稳定处理变为设备金属表面处理（荷叶膜技术）。

传统的水处理技术是通过加药，降低水的腐蚀、结垢倾向，也就是所谓的水质稳定处理技术。而超分子膜化技术是通过超分子的选择性自组装作用，特异性的与金属进行选择性组装，在设备表面形成一层超分子膜。在自组装过程中，药剂分子的振动和布朗运动会将金属表面原有的污垢予以清除，分散到溶液中，从而达到彻底除垢和组装成膜的目的，形成的超分子膜比传统的钝化膜、沉积膜和吸附膜都要均匀、致密，确保金属具有荷叶表面一样的防腐、防污能力，使金属表面处于安全、稳定状态。

2.2、金属表面的超分子膜大大增强缓蚀阻垢效果。

设备经过超分子膜化后，形成了稳定、致密的超分子保护膜。该超分子膜由于其微观结构的尺寸效应，能够有效的阻止污垢附着，这种效应称为拒污效应。故超分子膜的阻垢性能是常规水处理药剂无法比拟的，不仅阻止污垢的附着，还能将老垢清除干净。

另外，超分子膜化更完全彻底，其紧密的微观结构，能够有效对金属设备表面进行改性，增强金属本身的抗腐蚀性能。因为超分子膜能拒绝污物的附着，防止循环水中的腐蚀性离子与设备接触，有效保护设备不受腐蚀。

2.3、设备的换热能力提高。

超分子膜的形成机理为超分子药剂与金属的选择性组装，因此决定了超分子膜为极薄的一层单分子膜层。不影响金属的导热性能，较之常规的钝化膜，能有效提高设备的导热系数，提高换热效率。

2.4、循环水的导热能力提高。

被分散到溶液中的设备垢质，在溶液中均匀分散后，能显著提高循环水的比热，单位流量的循环水能够吸收更多的热量，对换热效率有很大的提高。

铜的导热系统为401W/m•K，钢的导热系统为54W/m•K，而水垢的导热系统仅为1.3～3.1W/m•K，铁锈的导热系数为0.116-0.232 W/m•K。锈垢、水垢等附着在金属表面，因为其热阻是金属的几十倍甚至上百倍，会严重影响热交换；但是，通过超分子的分散溶解作用，均匀分布到循环水里，因为循环水运行工况下，40℃左右水的导热系数一般为0.64W/m•K，20℃时水的导热系数为0.60 W/m•K，很小，加进铁、钙、镁等盐类，会提高水的导热速度，有利于热交换，将金属表面的污垢变成了水的导热促进剂，化害为利。

2.5、提高循环水的流速。

超分子膜类似荷叶膜，水在其表面流动顺畅，与金属表面有锈垢和有水垢的表面比，水在表面的流动阻力大大减弱，滞流层的厚度减薄，可以提高循环水的流动速度和热交换速度。 

另外，超分子药剂为大分子物质，在加入循环水中后，能与水分子及循环水中的无机盐分子进行桥连，通过氢键等弱分子间作用力形成空间网状分子集团。这种结构的形成，能够大大减少水中的涡流和靠近管壁的滞流层厚度，使循环水处于类层流状态，从而提高流速，单位时间流经换热设备的循环水量增加，换热效率进一步提高。

涡流的存在会使水分子及其他分子、离子摩擦，泵的机械能一部分转化为水的内能，使水的温度升高，吸热能力下降，降低了循环水的换热效率。因此，投加超分子药剂，减少涡流，阻止了循环水将泵的动能转换成热能，有效提高泵的效率。实验证明，投加0.03%的超分子药剂，通过消除涡流的摩擦，可以使循环水泵节电。

2.7、减少循环水的风吹损失和蒸发损失。

水的比热很大，是4.2×103焦/(千克×℃)；水的汽化潜热也很大，为40.8千焦/摩尔，相当于2260千焦/千克，水的蒸发是循环水降温的重要途径，所以水是质优价廉的热媒介，号称工业的血液，工业用水的80%用于循环冷却水，循环水的节能减排是工业节能减排的关键。

超分子药剂与水分子及循环水中的无机盐分子进行桥连，形成空间网状分子集团，能够大大降低水中的涡流和滞流层厚度，从而提高流速，循环水量增加，导热能力提高，综合换热效率提高，在保证换热效果的前提下，这种桥连作用也减少了水分子的逃逸和蒸发，同时也减少了循环水的风吹损失。实验证明，投加0.03%的JN-366超分子缓蚀阻垢剂，在保证循环水换热效率的前提下，可将循环水的风吹损失和蒸发量降低5～17%。

2.8、避免了系统的停车清洗。

传统的水质稳定处理，需要定期停车对系统进行化学清洗，通过清洗剂与污垢之间发生化学反应而达到清洗的目的，而所使用的清洗剂一般为小分子的酸或碱。传统清洗剂在与装置内的垢发生反应时，由于垢层的厚度不一，所以，在传统化学清洗（尤其是酸洗）过程中不可避免的存在着过洗腐蚀的现象。因此，传统化学清洗和钝化处理技术难度较高，风险不易控制。

        锈蚀严重的金属表面             加药2个月后形成的超分子膜

另外，由于传统清洗剂的分子体积较小，很容易扩散到设备金属本体内部，造成金属内部的晶格畸变，形成金属内部微观晶体结构的缺陷。晶体缺陷的出现，会大大影响金属本身的性能，其抗压强度、抗拉伸强度、蠕变性、延展性以及耐腐蚀性等各项性能指标都会大大降低，严重危害设备的运行安全和使用寿命。

与传统化学清洗和钝化处理相比，超分子膜化技术更加安全可靠，简单易行，而且对环境友好，不会造成二次污染，保护系统设备与操作人员的安全。循环水系统使用超分子缓蚀阻垢剂，可确保系统不结垢，无需停车清洗。对于有污垢的系统，可以多投加药剂，或者在线膜化，实现在线清洁预膜，避免了传统的停车清洗。

2.9、显著提高循环水的浓缩倍数，节约工业用水。

超分子膜具有荷叶的防腐、防污性能，在提高换热效率的同时，可以耐受较差的水质，从而显著提高循环水的浓缩倍数，这是工业用水能够节约用水的最主要有效途径。

下表反应了浓缩倍数的提高直接带来的节水效果：

采用超分子膜化技术和配套的排污装置及药剂，可以做到循环水系统的零排放，请参看本方案的第三章的第四款内容。

2.10、超分子膜化剂兼具广谱杀菌灭藻功能。

传统的水质稳定处理，一般投加缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂两种药剂，而且杀菌剂还要把氧化性和非氧化性药剂交替使用，加药、检测等操作繁琐。一旦操作失误，菌藻滋生很快，产生大量粘泥影响热交换，腐蚀设备，甚至堵塞冷却塔填料，造成停产事故，需要停车对系统进行化学清洗。氧化性杀菌剂一般都是氯及其衍生物，部分非氧化性杀菌剂也含有氯离子，这样就把大量的腐蚀性氯离子加入循环水系统，氯离子是腐蚀性最强，半径最小的活泼离子，极易渗入金相缺陷处富集，特别是对不锈钢设备，很容易造成氯离子应力腐蚀破裂，对设备危害极大。

超分子膜化剂具有高效的渗透和分散作用，可以破坏蛋白质结构，抑制、杀灭菌藻的滋生，具有广谱、高效的杀菌灭藻作用。一般的循环水系统只投加超分子膜化剂一种药剂就可以啦。对于菌藻严重的系统，我公司有专门的高效无氯杀菌灭藻剂JN-421。

3.超分子膜化技术在工业清洗领域的应用：

传统的化学清洗均是通过清洗剂与污垢之间发生化学反应而达到清洗的目的，而所使用的清洗剂一般为小分子的酸或碱。传统清洗剂在与装置内的垢发生反应时，由于垢层的厚度不一，所以，在传统化学清洗（尤其是酸洗）过程中不可避免的存在着过洗腐蚀的现象。

另外，由于传统清洗剂的分子体积较小，很容易扩散到设备金属本体内部，造成金属内部的晶格畸变，形成金属内部微观晶体结构的缺陷。晶体缺陷的出现，会大大影响金属本身的性能，其抗压强度、抗拉伸强度、蠕变性、延展性以及耐腐蚀性等各项性能指标都会大大降低，严重危害设备的运行安全和使用寿命。

超分子膜化技术中所使用的药剂，本身分子尺寸超出了金属原子间距，并且具有外层空电子轨道，能够与金属表面的活泼电子形成共用体系，特异性的结合，稳定的在金属表面形成致密的超分子膜层。故药剂分子无法向金属内部渗透扩散，不会造成晶体缺陷影响设备的性能，对设备是极其安全的。其除垢清洁是在成膜过程同步完成的，膜化更完全，除垢更彻底。且膜化后的废水中无任何颗粒杂质，中性无毒，对环境友好。

通过下面两图的对比，我们可以更直观地认识这个概念，即使看起来很光洁的金属表面实际是很粗糙的，而使用超分子膜化技术后就能在金属表面形成这样一个平整光滑的超分子膜—单分子层。

  微观下的20＃碳钢表面锈层 （粗糙）              超分子膜化后的效果（精细磨砂面）

除了在工业循环水系统中的优异表现，超分子膜化节能技术在工业设备管道的清洗除垢领域也表现出了优异特性，常温中性超分子膜化节能技术，就是利用超分子膜化原理进行化学清洗和钝化防腐的新技术，该方法对系统安全、高效，下图为管内加热卧式锅炉炉管采用超分子膜化前后同一系统的对比。

          超分子膜化前                  超分子膜化后

金属设备表面钝化成膜是金属改性的一种处理方式，金属表面的成膜通常分为氧化膜、沉积膜和吸附膜三种。氧化膜最稳定的，但一般在特定的条件下才能形成，沉积膜和吸附膜的稳定性较差，在高浓缩倍数下，所形成的膜会迅速被水中的腐蚀性离子破坏，失去其保护作用。而且需单独清洗之后才能膜化，一来工艺复杂成本较高，二来清洗不彻底的话将会严重影响成膜效果。

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