2-羟基膦酰基乙酸的制备与性能

2-羟基膦酰基乙酸是一种兼具缓蚀与阻垢功能的有机膦化合物，在工业水处理领域应用广泛。其工业产品多为暗棕色或深红棕色液体，分子式为C2H5O6P，相对分子质量为156.03，化学性质稳定，不易水解，也难被酸碱破坏。

制备方法^[1]

(1)16.3份(0.11mol/L)50%的二羟基乙酸(水合乙醛酸)水溶液和8.2份(0.1mol/L)的亚磷酸在搅拌下于98~100℃范围内加热24h，得到 24.5份60%的2-羟基膦酰基乙酸水溶液。取150份这样的溶液进行减压蒸馏(2kPa),得104份棕色黏稠油状液体。

(2)由亚磷酸二甲酯和乙醛酸丁酯,在甲醇钠的催化下,按1:(0.95~1)的物质的量比,在25~120℃反应数小时，先制得二甲氧基次膦酰基羟基乙酸丁酯，然后可按3种不同的路线制得2-羟基膦酰基乙酸。较简单的一种路线为使二甲氧基次膦酰基羟基乙酸丁酯与盐酸进行皂化反应,反应条件为:二甲氧基次膦酰基羟基乙酸丁酯与盐酸的物质的量比为1:(8~15),温度90~110℃,反应时间10~20h。

(3)由二甲氧基甲烷膦酸与氢氧化钠溶液于80~90℃下共热1~3h,生成膦酰基甲醛的二钠盐。然后与氢氰酸于25~30℃反应0.25~3h，生成膦酰基羟基乙腈的二钠盐,再以盐酸水解,即得2-羟基膦酰基乙酸。

性能

2-羟基膦酰基乙酸产品在pH为7~9的水中，以[HPAA]^2-和[HPAA]^3-两种形式存在，它可与Ca²⁺、Zn²⁺生成螯合物在金属表面形成保护膜，其溶度积为ZnHPAA<Ca₃(HPAA)₂<Ca(HPAA),所以配方中若加入Zn²⁺,则缓蚀效果就高,在金属阴极部位由于腐蚀,OH^-浓度升高，其形成的保护膜以ZnHPAA、Ca₃(HPAA)₂为主,该膜可防止氧向碳钢表面的扩散,从而抑制了局部阴极反应,使腐蚀减缓。另一方面,2-羟基膦酰基乙酸的结构中同时含有一个膦酰基、一个羟基和一个羧基,因此它与常用的羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸相比较,具有独特的阻垢效果，能显著降低硫酸钙、二氧化硅的沉积。

2-羟基膦酰基乙酸与常用的一些水质稳定剂有良好的相溶和协同性，如2-羟基膦酰基乙酸与Zn²⁺复合使用时，其只需投加5~10 mg/L,Zn²⁺ 1~2mg/L就能在不同的水系统中起到良好的缓蚀作用。另外,2-羟基膦酰基乙酸的磷含量较常规的有机磷水质稳定剂低,符合环保“低磷”的要求;同时,其热稳定性好，经差示扫描量热仪测定可达160℃,即使在200℃的高温下,分解率也仅为8%,因此完全符合钢铁、石化、电力、医药等行业换热设备的要求;2-羟基膦酰基乙酸产品毒性低,较传统的阻垢缓蚀剂更易为环保所接受。

综上,2-羟基膦酰基乙酸产品是广泛应用于水处理中黑色金属的阴极缓蚀剂，特别适用于低硬度水质和高温换热器[1]。

参考文献

[1]李琳,王艺林,程耀丽,等. 2-羟基膦酰基乙酸(HPAA)产品的质量检验[J]. 工业水处理,2008,28(7):70-73. DOI:10.3969/j.issn.1005-829X.2008.07.023.