CN102616947A

CN102616947A - 一种复合阻垢剂的配制方法

Info

Publication number: CN102616947A
Application number: CN2012100978852A
Authority: CN
Inventors: 许崇娟; 李慧芝; 戚玉华
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明公开了一种复合阻垢剂的制备方法，其特征是：该阻垢剂是一种复合型阻垢剂，其中各组分按质量百分比为：聚环氧琥珀酸30～35％、2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸18～28％、乙二胺四甲叉膦酸15～20％、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸15～20％、膦酰基羧酸共聚物10～15％；氢氧化钠调节pH值。本发明还公开了这种复合型阻垢剂的制备方法。本发明制备的阻垢剂对CaCO₃、Ca₃(PO₄)₂垢有优异的阻垢效果，本产品用于处理循环用水，工艺简单，效果好。

Description

一种复合阻垢剂的配制方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种新型循环水缓蚀阻垢剂，具体来讲是一种含聚环氧琥珀酸、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、乙二胺四甲叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、膦酰基羧酸共聚物复合阻垢剂的配制方法。

背景技术

我国被列为世界上贫水的国家之一，特别是在北方的广大地区缺水特别严重，我国东南地区的水资源污染引起水质性缺水情况也很严重。目前，中国缺水在千亿立方米以上。不少地区人均水资源已同世界闻名的缺水国家以色列相近。在全国六百多座大中城市中，有大约四百座城市不同程度的缺水，其中一百多座城市严重缺水。面临如此严重的缺水形势，随着我国工业生产的高速发展，工业生产的用水需求却日益增多。由于冷却水用量占工业用水的60～70％，所以合理节约冷却水就显得尤为重要。节约冷却水的主要方法是提高循环冷却水利用率，加大冷却水的浓缩倍数，但这样又会给冷却水系统带来了严重的腐蚀和结垢问题，使用高效缓蚀阻垢剂来抑制这些问题的产生，是保持循环冷却水系统良好运转的关键。

阻垢剂作为一种水处理剂，广泛用于石油、化工、制药等行业的冷却水循环系统中，自上世纪六十年代以来，水处理剂不断发展，多以天然聚合物木质素、植酸钠等作为阻垢分散剂。七十年代初聚丙烯酸和聚马来酸的开发成功，使阻垢剂处理冷却水技术取得较大的进展，并且推动了一系列二元、三元甚至四元共聚物的开发和使用。目前，中国专利公开了申请号为200710051679.7“高效马来酸酐系聚合物阻垢剂的制备方法”、申请号为200710022984.3“一种无磷环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法”、申请号为2007101339925.5“烯丙氧基聚醚类阻垢剂及制备方法”、申请号为200810055017.1“一种工业循环冷却水的缓蚀阻垢剂”、申请号为200810123729.2“一种四元聚合物型缓蚀阻垢剂及其制备方法”等等，上述专利技术均采用共聚的方法来制备阻垢剂。近年来，随着人们环保意识的增强，可生物降解的新型阻垢剂逐渐受到世界的关注，许多环境友好型阻垢剂不断问世，其中研究较多的有聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸，目前，中国专利公开了申请号为02111415.3“环保型阻垢剂聚天冬氨酸的制备方法”申请号为200410015875.5“生物可降解缓蚀阻垢剂聚天冬氨酸的制备方法”、申请号为20031010835.8“一种以硫酸钙为催化剂的聚环氧琥珀酸的制备方法”、申请号为200410073370.4“环氧琥珀酸钠及其聚合物的制备方法”等，聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸类阻垢剂的阻垢效果很好，但价格比较昂贵，很多企业为了降低生产成本而不使用。王宪革等同志研究了“复配阻垢剂的性能及阻垢机理研究”，东北大学学报(自然科学版)，2010，31(6)：909～912，对CaCO₃的阻垢效果比较好，对CaSO₄、Fe₂O₃的阻垢效果较差，而且这种复配阻垢剂的保质期很短，一个月内就出现絮状沉淀；张彦河同志研究了“乌头酸-丙烯酸共聚物的合成及性能的研究“，工业水处理，2005，25(2)：48～49，在加入量为15mg/L时，阻垢率达到65.71％，该共聚物与HEDP复合后，有协同阻垢效果，其阻垢率分别为76.80％和83.91％。由于工业冷却循环水水质的复杂性和多变性，单一的阻垢剂已经远远不能满足工业水处理的要求了，必须运用几种多元聚合进行复配将更多含不同活性基团引入复配阻垢剂中，赋予水处理剂更多更新的优异的性能。本发明在调研国内外复配型水处理剂最新研究成果和经验后，经过反复实验，成功开发出适合复杂水环境中应用的一种复合缓蚀阻垢剂，该阻垢剂含羧酸基、磺酸基、膦酸基等多种活性基团，同时具有防垢和缓蚀两种性能，是性能优异的复合型阻垢剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低磷、性能优异的用于循环冷却水处理的复合缓蚀阻垢剂。

本发明提出的用于循环冷却水处理的复合缓蚀阻垢剂，由下述组分组成：聚环氧琥珀酸(PESA)、2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMPS)、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AA/AMPS)、膦酰基羧酸共聚物(POCA)、氢氧化钠和水组成。

本发明提出的用于循环冷却水处理的复合缓蚀阻垢剂其各组分按质量百分比为：聚环氧琥珀酸30～35％、2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸18～28％、乙二胺四甲叉膦酸15～20％、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸15～20％、膦酰基羧酸共聚物10～15％；其余的是水，氢氧化钠调节pH值。

配方中的聚环氧琥珀酸(PESA)是一种无磷、非氮的“绿色”环保型多元阻垢缓蚀剂，对水中的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氟化钙和硅垢有良好的阻垢分散性能，阻垢效果优于常用有机膦类阻垢剂。与膦酸盐复配具有良好的协同增效作用，同时PESA具有一定的缓蚀作用，是一种多元阻垢剂。PESA生物降解性能好，应用范围广泛，尤其适用于高碱、高硬、高PH条件下的冷却水系统。

配方中的2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTCA)含磷量低，由于它具有膦酸和羧酸的结构特性，具有良好的阻垢和缓蚀性能，优于常用的有机膦酸，特别在高温下阻垢性能远优于常用的有机膦酸，能提高锌的溶解度，耐氯的氧化性能好，复配协同性好，是锌盐的优良稳定剂。用于高温、高硬、高碱及需要高浓缩倍数下运行的场合。

配方中的乙二胺四甲叉膦酸(EDTMPS)是一种有机多元膦酸，与无机聚磷酸盐相比，缓蚀率高3～5倍。能与水混溶，无毒无污染，化学稳定性及耐温性好，在200℃下仍有良好的阻垢效果。EDTMPS在水溶液中能与多个金属离子螯合，形成多个单体结构大分子网状络合物，松散地分散于水中，使钙垢正常结晶被破坏。EDTMPS对硫酸钙、硫酸钡垢的阻垢效果好。

配方中的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AA/AMPS)为丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚而成。由于分子结构中含有阻垢分散性能好的羧酸基和强极性的磺酸基，能提高钙容忍度，对水中的磷酸钙、碳酸钙、锌垢等有显著的阻垢作用，防止氧化铁的沉积，尤其对磷酸钙阻垢率高。并且分散性能优良。与有机膦复配，增效作用明显。特别适合高pH、高碱度、高硬度的水质，是实现高浓缩倍数运行的最理想的阻垢分散剂之一。

配方中的膦酰基羧酸共聚物(POCA)是在原羧酸基团上引入膦酸基团，对循环冷却水中的碳酸钙、磷酸钙垢有很好的分散性能，并且对硫酸钡和硫酸锶及硅垢的沉积有良好的抑制作用；POCA和其它有机膦酸盐、共聚物复配具有增效作用。POCA具有适用水质范围广、化学稳定性好、耐氯氧化性强等特点。

本发明提出的用于循环冷却水处理的复合缓蚀阻垢剂中的各组分均为市售产品，而且以一定比例的水溶液存在，复配时，只需将各组分按给定的比例依次加入一个容器里，升温至50℃搅拌均匀后，用50％NaOH溶液调至近中性即得所需产品。

本发明制备的阻垢剂可广泛用于石油、化工、电力、造纸、冶金、制药等行业的循环冷却水系统中，抑制冷却水结垢。

本发明的复合缓蚀阻垢剂具有以下优点：(1)由于选用了2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸高效缓蚀阻垢剂和有机膦羧酸阻垢分散剂在内的多种组分复配，使该复合缓蚀阻垢剂能在较低的添加量下具有优异的缓蚀和阻垢性能，可以有效解决超高硬度水质的冷却水对设备和管线严重腐蚀和结垢问题(2)本发明的复合缓蚀阻垢剂选定的组分容易复配，稳定性好；(3)本发明的复合缓蚀阻垢剂处理循环冷却水时可以直接将其加入循环系统管网中，从而使水处理操作简单，管理容易；(4)本发明的复合缓蚀阻垢剂由于不含无机磷酸盐，可以减少水体富营养污染，使用本发明的复合缓蚀阻垢剂有利于环境保护。

具体实施方式

实施例1

取30mL聚环氧琥珀酸、25mL 2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸、15mL 乙二胺四甲叉膦酸、20mL丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10mL膦酰基羧酸共聚物分别加入到一定体积的容器中，升温至50℃搅拌均匀后，用50％NaOH溶液调至近中性即得所需产品。

实施例2

取35mL聚环氧琥珀酸、20mL 2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸、15mL乙二胺四甲叉膦酸、15mL丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、15mL膦酰基羧酸共聚物分别加入到一定体积的容器中，升温至50℃搅拌均匀后，用50％NaOH溶液调至近中性即得所需产品。

实施例3

取32mL聚环氧琥珀酸、22mL 2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸、20mL乙二胺四甲叉膦酸、16mL丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10mL膦酰基羧酸共聚物分别加入到一定体积的容器中，升温至50℃搅拌均匀后，用50％NaOH溶液调至近中性即得所需产品。

实施例4

取35mL聚环氧琥珀酸、18mL 2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸、18mL乙二胺四甲叉膦酸、17mL丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、12mL膦酰基羧酸共聚物分别加入到一定体积的容器中，升温至50℃搅拌均匀后，用50％NaOH溶液调至近中性即得所需产品。

实施例5

取30mL聚环氧琥珀酸、22mL 2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸、18mL乙二胺四甲叉膦酸、18mL丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、12mL膦酰基羧酸共聚物分别加入到一定体积的容器中，升温至50℃搅拌均匀后，用50％NaOH溶液调至近中性即得所需产品。

实施例6

取30mL聚环氧琥珀酸、20mL 2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸、20mL乙二胺四甲叉膦酸、20mL丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、10mL膦酰基羧酸共聚物分别加入到一定体积的容器中，升温至50℃搅拌均匀后，用50％NaOH溶液调至近中性即得所需产品。

实施例7

阻垢性能测试实验

碳酸钙、磷酸钙的静态阻垢性能测试方法依据GB/T 16632-2008和GB/T 22626-2008分别测定阻垢剂的阻垢性能，碳酸钙阻垢的实验条件为：Ca²⁺浓度为250mg·L^-1，HCO₃ ^-浓度为250mg·L^-1，pH＝7～9之间，温度80℃，时间为10h；磷酸钙阻垢的实验条件为：Ca²⁺浓度为250mg·L^-1，PO₄ ^3-浓度5mg·L^-1，温度80℃，时间为10h，阻垢性能如表1所示；硫酸钡和硫酸锶的静态阻垢性能测试方法依据行业标准SY/T5673-93进行测定阻垢剂的阻垢性能，硫酸钡阻垢的实验条件为：Ba²⁺浓度为370mg·L^-1，Sr²⁺浓度为370mg·L^-1，SO₄ ^2-浓度为540mg·L^-1，pH＝7～9之间，温度70℃，时间为16h，阻垢性能如下表所示。

阻垢性能测试结果

从上表的试验结果可以看出，本发明所制备的复合缓蚀阻垢剂，对CaCO₃的阻垢效果最好，加入量10mg·L^-1时阻垢率都在95％以上，对Ca₃(PO₄)₂、BaSO₄和SrSO₄也有明显的阻垢性能，阻垢剂加入量10mg·L^-1时阻垢率都在80％以上。

使用方法：将阻垢剂产品配成10％水溶液，投放阻垢剂量为5～20mg·L^-1，根据水质中的各种离子的含量确定具体投放量，根据生产工艺选取合适的投放点。

Claims

1.一种用于处理循环水的复合缓蚀阻垢剂，由下述组分组成：聚环氧琥珀酸、2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸、乙二胺四甲叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、膦酰基羧酸共聚物组成。

2.根据权利要求1所述的一种用于处理循环水的复合缓蚀阻垢剂，其特征在于各组分按质量百分比为：聚环氧琥珀酸30～35％、2-膦基丁烷-1，2，4-三羧酸18～28％、乙二胺四甲叉膦酸15～20％、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸15～20％、膦酰基羧酸共聚物10～15％；氢氧化钠调节pH值，各组分含量之和为百分之百。