CN102417242A - 一种用于循环冷却水的环保型复合缓蚀阻垢剂 - Google Patents

Abstract

一种用于循环冷却水的环保型复合缓蚀阻垢剂，由聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸、苯并三氮唑、葡萄糖酸钠和钨酸钠按质量比为(1～2.5)∶(3～5)∶(1～2)∶(10～25)∶(3～5)复配而成。本发明提供的复合缓蚀阻垢剂具有无磷、可生物降解、药剂投加量小、可适应高含盐量高硬度水质等特点，是一种环境友好的水质稳定剂，对循环冷却水系统具有很好的缓蚀、阻垢分散性能。

Description

一种用于循环冷却水的环保型复合缓蚀阻垢剂

技术领域

本发明属于循环冷却水处理技术领域，具体涉及一种用于循环冷却水处理的的环保型复合缓蚀阻垢剂。

背景技术

循环冷却水处理技术对节水、节能降耗等问题具有十分重要的作用，但同时循环水处理药剂的使用过程中也给环境造成一定影响。在冷却水系统中，水温高于环境温度的各种场合下，碳酸钙等无机盐的结垢会带来严重的后果。近年来，在水处理领域中，应用碱性、不控制pH值的水处理技术日益增长，其中添加缓蚀阻垢剂是效果较好的一种阻垢方法，已成为水处理技术发展的重要方向。对于缓蚀阻垢药剂，低毒无毒配方的聚合物尤其是共聚物的应用愈来愈广泛。科学利用水处理药剂可有效防腐结垢，从而提高设备及水的利用率而达到节约水源和能源的目的，缓蚀剂、阻垢剂作为两种重要的水处理药剂，在工业水循环冷却水系统中显得尤为重要。

传统的含磷缓蚀阻垢剂使用浓度高，其磷含量可达到30mg/L，能引起水体的严重变化，对环境造成极大的损坏。20世纪80年代以后，由于环境保护力度的越来越大，限制磷的排放成为必然趋势，国内外研究进行了大量研究工作，逐渐发展出一些新型药剂，如天然高分子缓蚀阻垢剂、含膦缓蚀阻垢剂、有机膦羧酸以及含磺酸基亚甲基膦酸盐等缓蚀阻垢剂等。

对于天然高分子类药剂，用于研制的天然高分子有木质素、丹宁、腐植酸钠、淀粉及纤维素等。这些产品在水处理技术应用中具有投加量大、费用高、杂质含量高、耐温性能差等特点，目前应用很少。冷却水处理剂的不断发展，在很大程度上可以说是环保要求不断提高的结果。含磷阻垢缓蚀剂的发展是从无机磷到有机膦，从有机膦酸盐到有机磷羧酸及含膦聚合物，磷的含量不断下降。含膦缓蚀阻垢剂及磷系配方自60年代问世以来，历经30多年的发展不断完善和更新，目前已成为国内外工业上应用范围最广、使用最成功的一类水处理剂。PAPEMP(多氨基多醚基亚甲基膦酸)的含磷量已经下降到达到相对安全、环保的水平。

对于有机膦酸盐类药剂，目前国内常用的有机膦酸盐有：氨基三甲叉膦酸盐(AIMP)、乙二胺四甲叉磷酸盐(EDTMP)、羧基亚乙基二膦酸盐(HEDP)、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(DTPMP)等几种。有机膦酸盐在水处理方面和无机磷酸盐比较起来具有较好的化学稳定性，这是由于有机膦酸盐的C-P键比Q-P键稳定的多，且使用温度较高和pH较宽范围内不易水解。从缓蚀角度看，有机膦酸盐属于阴极型缓蚀剂；阻垢机理看，有机膦酸盐具有明显的溶限效应，与其他水处理剂复合时表现出理想的协同效应。有机膦酸盐在特定条件下会分解成正磷酸盐，如温度高于60度，余氯大余0.3ppm。温度越高，余氯越大，有机膦酸盐的水解率也就越高。若钙离子浓度低，缓蚀效果会差，适当的加些锌盐，就会提高有机膦酸盐的缓蚀效果。

对于有机膦羧酸类药剂而言，其分子结构中既有膦酸盐的膦基团，又有聚羧基的羧基团，因而具有两种性能：阻垢和缓蚀。目前常用的阻垢缓蚀剂有：2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)、2-轻基膦酞基乙酸(HPAA)。有机膦羧酸和其他水处理剂有很好的协同效应，对氯有很好的稳定作用。使用于高温、高硬、高pH值以及高浓缩倍数的水质条件，阻垢缓蚀效果好，也不受环境排放限制。

相比较而言，含磺酸基的亚甲基膦酸盐比含羧基的亚甲基膦酸盐具有更好的阻碳酸钙垢性能和更高的钙容忍度，而普通的有机膦酸盐ATMP在HU较高时钙容忍度很低，阻垢效果很差。有一些文献报道了，在联接磺酸基的分子链段中引入羧基可明显提高化合物的阻垢性能，可使其在较低的浓度下具有更良好的阻垢性能；分子中含有的磺酸基团过少则阻垢性能不佳，而此时引入膦酸基则阻垢性能明显提高。膦磺酸分子中的磺酸基不能增强有机膦酸的阻垢分散性能，亚甲基磺酸基和乙基磺酸基能够增强有机膦酸盐的阻垢分散性能。可增强有机膦酸盐阻碳酸钙垢、阻磷酸钙垢、稳定锌和分散氧化铁的性能。

此外，有报道表明，氮氧化型亚甲基膦酸具有很强的耐氯分解能力，适用于使用氧化型杀生剂的循环冷却水中，在pH值不高的水质中(pH＜9)具有良好的阻碳酸钙垢能力，在高药剂浓度情况下还具有缓蚀能力。

另一种报道过的膦酸盐类药剂是含醚基亚甲基膦酸盐(PAPEMP)。该药剂不仅具有优异的阻碳酸钙垢性能，而且具有良好的阻硫酸钙垢性能，并能稳定铁、锌、锰离子，阻硅垢也十分有效。另有研究表明，PAPEMP具有极高的钙容忍度(＞40000mg/L)，在阈值对碳酸钙垢也能起到一定作用，并具有较好的分散性能。即使超过阈值而产生碳酸钙沉淀，碳酸钙垢也将被分散而不会在换热器表面沉积。这些优点使其能够适用于高硬度、pH值、高浓缩倍数的水质中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无磷、可生物降解的用于循环冷却水的环保型复合缓释阻垢剂，克服现有的循环水缓蚀阻垢药剂配方含磷高，从而引起水体的富营养化的因素，提高循环冷却水的浓缩倍数以期达到节水降耗的目的。

本发明提出的一种用于循环冷却水的环保型复合缓蚀阻垢剂，其特征在于该复合缓蚀阻垢剂包括如下组分：聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸、咪唑啉型缓蚀剂、葡萄糖酸钠、钨酸钠和水组成，其有效成分的重量比为：环氧琥珀酸∶聚天冬氨酸∶苯并三氮唑∶葡萄糖酸纳∶钨酸钠为：(1～2.5)∶(3～5)∶(1～2)∶(10～25)∶(3～5)。

本发明中所述咪唑啉型缓蚀剂为苯并三氮唑或甲基苯并三氮唑。

本发明中所述聚环氧琥珀酸结构式为：

式中，聚合度n为5～50。

本发明中所述聚天冬氨酸结构式为

式中，聚合度n为：20～100。

本发明中金属盐选用的为钨酸钠。

本发明适用于碱度、硬度的范围较宽，循环水浓缩倍数为1～5时均可适用。加入量为30～50mg/L。

本发明具有以下优点：

1各组分间具有良好的协同效应，使得复合缓蚀阻垢剂具有很好的缓蚀阻垢性能，能够用于高总可溶固体物、高硬度和高碱度的水质情况，可以显著降低药剂使用浓度。

2本发明的缓释阻垢剂不含磷，且金属盐含量低。一方面避免了排放水水体的富营养化和重金属污染，同时另一方面降低了药剂的沉积速度，有利于环境保护。

3本发明的缓蚀阻垢剂所用的各种成分可以生物降解，使用方便，可以直接加入到水循环管路中，环境友好。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例中，缓蚀性能的测试参照《中华人民共和国国家标准GB/T18175-2000，水处理剂缓蚀性能的测定——旋转挂片法》，采用旋转挂片腐蚀仪进行缓蚀性能实验，温度45℃，转速75r/min。碳钢试片为20号碳钢，规格50mm×25mm×2mm；采用《中华人民共和国国家标准《GB/T 16632-2008》，以碳酸钙沉积法进行阻垢性能实验。

缓蚀阻垢实验用水水质如表1所示。

表1：缓蚀实验水质

说明：总硬度、总碱度均以CaCO₃计，除pH和浊度外，各项目单位均为mg/L。

表2是实施例1-8是将聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸、苯并三氮唑、葡萄糖酸钠、钨酸钠和去离子水按不同比例混合，得到多种多元复合配方的缓蚀协同效应。通过挂片腐蚀实验得到的腐蚀率可以看出，在恶劣的实验水质条件下，各复合配方具有很好的缓蚀性能，腐蚀率均在0.0075mm·a^-1以下，达到国家标准要求。

实施例1-8说明本发明提供的无磷环保型复合缓蚀阻垢剂配方，能够适应高硬度、高碱度、高含盐量的水质条件，具有很好的缓蚀阻垢性能，腐蚀率远低于《工业循环冷却水处理设计规范》中碳钢腐蚀容许的上限值，即0.125mm·a^-1，而阻垢性能也达到国家标准规定。本发明提供的缓蚀阻垢剂配方性能优异，且可无磷、可生物降解，不会导致水体富营养化，具有广阔的应用前景和经济价值。

Claims (2)

1.一种用于循环冷却水的环保型复合缓蚀阻垢剂，其特征在于该复合缓蚀阻垢剂包括如下组分：聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸、苯并三氮唑、葡萄糖酸钠、钨酸钠。

2.根据权利要求1所述的一种用于循环冷却水的环保型复合缓蚀阻垢剂，其特征在于聚环氧琥珀酸∶聚天冬氨酸∶苯并三氮唑∶葡萄糖酸纳、钨酸钠的质量比为：(1～2.5)∶(3～5)∶(1～2)∶(10～25)∶(3～5)。