CN102060391A - 一种缓蚀性能优异的无磷复合水处理剂及其制备方法 - Google Patents

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李海花
郭茹辉
李晓辉
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Abstract

本发明涉及一种缓蚀性能优异的无磷复合水处理剂及其制备方法，属化工产品技术领域，用于解决现有水处理剂含磷、不易生物降解、缓蚀性能差等问题。本发明的水处理剂由丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物、聚天冬氨酸钠和锌盐组合而成，所述三种物质的质量比为1-4:0.5-2:0.25-1。本发明的制备方法是将柠檬酸脱水生成的丙烯三羧酸与丙烯酸共聚，将此共聚物与聚天冬氨酸钠和锌盐复配而成。本发明的水处理剂无磷，阻垢性能良好，且三种物质复配兼容增效作用保证了其在复杂水质中的高缓蚀性能。该水处理剂可生物降解，属环境友好产品，使用时药剂用量低，低碳环保。

Description

一种缓蚀性能优异的无磷复合水处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于工业循环冷却水处理的可生物降解的缓蚀性能优异的无磷复合水处理剂及其制备方法，属化工产品技术领域。
背景技术
目前，国内用于工业循环冷却水的水处理剂，在膦系水处理剂中大多是以羟基亚乙基二膦酸（HEDP）复配为主，因其价格适中。在硬水中，该复配物阻垢率可达90%以上，基本满足循环冷却水系统防止结垢的要求，但其缓蚀性能却不尽如人意，特别是在钢铁厂、化肥厂稍复杂水质的循环冷却水系统中，引起的金属设备腐蚀现象严重，造成的经济损失巨大，所以水处理剂的缓蚀性能亟待改进提高。
中国专利ZL 200810079944.7研制了含聚天冬氨酸（PASP）的环保高效复合阻垢缓蚀剂，其特点是无磷、可生物降解、阻垢性能优良且缓蚀性能优于上述膦系产品，不足之处是，由于组份中葡萄糖酸钠的用量大，为75mg/L，使得水处理剂总的用药量也较大，为97mg/L。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于工业循环冷却水处理的无磷、可生物降解、特别适用于钢铁厂和化肥厂等复杂水质且药剂用量低的缓蚀性能优异的无磷复合水处理剂及其制备方法。
解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种缓蚀性能优异的无磷复合水处理剂，其特征在于它由丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物、聚天冬氨酸钠和锌盐组合而成，上述三种组分的质量比为1-4:0.5-2:0.25-1。
所述三种组分的质量比为1-3:0.5-1.5:0.25-0.75。
所述的无磷复合水处理剂的制备方法，其特征在于它按以下步骤进行：
a．丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物的合成，按质量比30-40：4.5-6：5.3-7：2.3-3：32.3-43取丙烯三羧酸、丙烯酸、异丙醇、过硫酸铵和水，先将丙烯三羧酸与异丙醇加入装有回流冷凝器和搅拌装置的反应器中，开动搅拌器并升温到96℃，将丙烯酸和质量比为1：2的过硫酸铵水溶液滴加到上述溶反应器中，2小时滴加完毕，于96℃保温2小时，反应完毕后，加入剩余的水，即制得丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物产物。
b.复合水处理剂的配制：按所述质量比取丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物、聚天冬氨酸钠和锌盐搅拌复配。
所述丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物的结构式为：
Figure 551072DEST_PATH_IMAGE001
本发明针对国内商用的膦系阻垢缓蚀水处理剂不易生物降解及缓蚀性能不尽如人意等问题进行了改革，与现有技术相比主要优点如下：1.本发明产品无磷，避免了长期使用膦系产品滋生菌藻所带来的水体污染。2.本产品由于组份中丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物（AA-AA共聚物）与PASP协同增效作用，保证了其优良的阻垢性能。经测试，在总硬度858mg/L（以CaCO3计）的高硬度地下水中，温度80℃，浓缩1.5倍，药剂用量24mg/L，其静态阻垢率达90.72%。3.AA-AA共聚物、PASP、Zn2+三者的兼容增效使得该水处理剂具有优异的缓蚀性能。经旋转挂片腐蚀试验72小时后，碳钢试片依然光亮如新，无垢无腐蚀，也无需进行常规的酸洗。4.AA-AA共聚物主要原料为生物发酵产品柠檬酸，PASP为公认的绿色化学品，锌盐用量Zn2+（2mg/L）在饮用水标准之内。本发明产品经摇床法测试生物降解率，7天后，降解率η7为32%，属易生物降解产品（注1）。5.在一般水质中，药剂用量只需14mg/L，阻垢缓蚀效果就十分优异，相比专利ZL 200810079944.7总药量97mg/L减少了许多，所以更低碳环保。
具体实施方式
为了验证本产品的优异缓蚀性能，参照GB/T1875-2000《水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片腐蚀试验法》，采用ZJ浸渍腐蚀试验仪进行了系列缓蚀性能试验。温度40℃，转速80r/min，不预膜挂片，时间72小时，A3碳钢试片，表面积28cm2。
对比例1
表1 在自来水中，不同药剂对A3碳钢片的缓蚀效果
Figure 74457DEST_PATH_IMAGE002
上述结果表明，本产品比膦系产品缓蚀性能优异许多，相比专利200810079944.7专利产品也优秀一些。
对比例2
选用了四种不同水质的水进行缓蚀性能试验。
表2 不同水质的水质分析结果
Figure 441985DEST_PATH_IMAGE003
表3 本发明产品在不同水质中对A3碳钢缓蚀效果
Figure 870561DEST_PATH_IMAGE004
即使在Cl- 200mg/L以上的水中，对A3碳钢的缓蚀率在90%以上，进一步说明本发明产品对A3碳钢缓蚀性能优异。
对比例3
将黄铜、铝、不锈钢和铸铁试片（表面积28cm2）经过表面除油处理后，分别浸泡在含有本发明产品药剂的水中，常温浸泡72小时，试片处理与计算方法与HG/T1875-2000一致。药剂用量14mg/L，水质为自来水。
表4 各种金属材质腐蚀试验结果
Figure 83367DEST_PATH_IMAGE005
试验结果表明，在添加三元复合水处理剂的自来水中，不锈钢、黄铜、铝等材质腐蚀平均很小，铸铁腐蚀稍大，但也在允许范围内，而且在不加药剂时铸铁腐蚀率很大，该药剂对铸铁缓蚀效果很好。
以下提供几个具体的实施例
实施例1  
取柠檬酸和硫酸于四口瓶中，加热并维持在140±2℃，搅拌反应1.5小时，冷却，生成柠檬酸脱水产物即丙烯三羧酸。按照质量比40:6:7:3:43取丙烯三羧酸、丙烯酸、异丙醇、过硫酸铵和水。先将丙烯三羧酸与异丙醇加入装有回流冷凝器和搅拌装置的反应器中，开动搅拌器并升温到96℃。将丙烯酸和质量比为1：2的过硫酸铵水溶液滴加到上述溶反应器中，2小时滴加完毕，于96℃保温2小时，反应完毕后，加入剩余的水，即制得AA-AA共聚物产物。按质量比4:2:1取AA-AA共聚物、聚天冬氨酸钠和锌盐配制成复合水处理剂，药剂用量14mg/L，对碳钢的腐蚀率0.0067mm/a，缓蚀率为97.27%，7天后生物降解率η7为32%。
实施例2  
取柠檬酸和硫酸于四口瓶中，加热并维持在140±2℃，搅拌反应1.5小时，冷却，生成柠檬酸脱水产物即丙烯三羧酸。按照质量比35:4.5:6:3:40取丙烯三羧酸、丙烯酸、异丙醇、过硫酸铵、水。先将丙烯三羧酸与异丙醇加入装有回流冷凝器和搅拌装置的反应器中，开动搅拌器并升温到96℃。将丙烯酸和质量比为1：2的过硫酸铵水溶液滴加到上述溶反应器中，2小时滴加完毕，于96℃保温2小时，反应完毕后，加入剩余的水，即制得AA-AA共聚物产物。按质量比3:2:0.5取AA-AA共聚物、聚天冬氨酸钠、锌盐配制成复合水处理剂。药剂用量14mg/L，对碳钢的腐蚀率0.0108mm/a，缓蚀率为95.6%，7天后生物降解率η7为34%。
实施例3 
取柠檬酸和硫酸于四口瓶中，加热并维持在140±2℃，搅拌反应1.5小时，冷却，生成柠檬酸脱水产物即丙烯三羧酸。按照质量比30:5:5.5:2.5:34取丙烯三羧酸、丙烯酸、异丙醇、过硫酸铵、水。先将丙烯三羧酸与异丙醇加入装有回流冷凝器和搅拌装置的反应器中，开动搅拌器并升温到96℃。将丙烯酸和质量比为1：2的过硫酸铵水溶液滴加到上述溶反应器中，2小时滴加完毕，于96℃保温2小时，反应完毕后，加入剩余的水，即制得AA-AA共聚物产物。按质量比3.5:1:0.9取AA-AA共聚物、聚天冬氨酸钠、锌盐配制成复合水处理剂。药剂用量14mg/L，对碳钢的腐蚀率0.0056mm/a，缓蚀率为97.72%，7天后生物降解率η7为30%。
实施例4 
取柠檬酸和硫酸于四口瓶中，加热并维持在140±2℃，搅拌反应1.5小时，冷却，生成柠檬酸脱水产物即丙烯三羧酸。按照质量比38:4.5:6:2.5:42取丙烯三羧酸、丙烯酸、异丙醇、过硫酸铵、水。先将丙烯三羧酸与异丙醇加入装有回流冷凝器和搅拌装置的反应器中，开动搅拌器并升温到96℃。将丙烯酸和质量比为1：2的过硫酸铵水溶液滴加到上述溶反应器中，2小时滴加完毕，于96℃保温2小时，反应完毕后，加入剩余的水，即制得AA-AA共聚物产物。按质量比2:1.5:0.6取AA-AA共聚物、聚天冬氨酸钠、锌盐配制成复合水处理剂。药剂用量14mg/L，对碳钢的腐蚀率0.00802mm/a，缓蚀率为96.73%，7天后生物降解率η7为33%。
注1：
降解情况 生物降解性
η8＞30%或η20＞60% 易降解
30%≥η8≥10％或60%≥η20＞30% 可降解
30%≥η20＞10% 较难降解
10%≥η20≥5% 难降解
η20＜5% 不可降解

Claims (4)

1.一种缓蚀性能优异的无磷复合水处理剂，其特征在于它由丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物、聚天冬氨酸钠和锌盐组合而成，上述三种组分的质量比为1-4:0.5-2:0.25-1。
2.根据权利要求1所述的无磷复合水处理剂，其特征在于所述三种组分的质量比为1-3:0.5-1.5:0.25-0.75。
3.根据权利要求1或2所述的无磷复合水处理剂的制备方法，其特征在于它按以下步骤进行：
a．丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物的合成，按质量比30-40：4.5-6：5.3-7：2.3-3：32.3-43取丙烯三羧酸、丙烯酸、异丙醇、过硫酸铵和水，先将丙烯三羧酸与异丙醇加入装有回流冷凝器和搅拌装置的反应器中，开动搅拌器并升温到96℃，将丙烯酸和质量比为1：2的过硫酸铵水溶液滴加到上述溶反应器中，2小时滴加完毕，于96℃保温2小时，反应完毕后，加入剩余的水，即制得丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物产物；
b.复合水处理剂的配制：按所述质量比取丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物、聚天冬氨酸钠和锌盐搅拌复配。
4.根据权利要求3所述无磷复合水处理剂的制备方法，其特征在于所述丙烯三羧酸-丙烯酸共聚物的结构式为：
Figure 958412DEST_PATH_IMAGE001
。
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