CN103232118A

CN103232118A - 一种木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103232118A
Application number: CN2013102173208A
Authority: CN
Inventors: 王平; 王水良
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103232118B

Abstract

本发明公开了一种木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂及其制备方法，缓蚀阻垢剂由木质素磺酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷、氯化锌、苯并三唑、乙醇和水组成。各组分的质量比为：木质素磺酸钠10~20、二乙烯三胺五甲叉膦酸50~80、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷10~50、氯化锌15~30、苯并三唑2~3、乙醇1~2和水200~300。本发明的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂，能有效缓蚀、阻垢和抑制藻类生长，整个生产过程无“废水、废气和废渣”排放，符合环保要求。本发明处理工艺简单，用药量少、成本低，效果好，具有较好的经济效益和广泛的社会效益。

Description

一种木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂及其制备方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体的说涉及一种用于工业冷却水系统的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂及其制备方法。

背景技术

工业循环冷却水运行过程中，需要投加缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂。单一药剂往往难以兼顾上述功能，需要进行多种药剂的复配。木质素作为工业水处理剂的原材料，始于上世纪60年代初。木质素是一种芳香性化合物，具有丰富的酚羟基、醇羟基、羧基、羰基等多种官能团。磺化反应后，引入了磺酸基，生成磺化木质素，增加了亲水性。磺化木质素可用作分散剂，其结构中的磺酸基能有效地稳定金属离子，对铁垢具有阻垢分散作用。然而，相比于有机膦酸和多元聚合物类缓蚀阻垢剂，磺化木质素单一使用，性能差距较大。为了提高其性能，与其他药剂进行复配，制备复配型缓蚀阻垢剂是一条重要的途径，同时也是资源化利用木质素的一个重要方向。近年来，国内一些专家和学者已经对木质素复配做了一些尝试，研发了一些专利产品。中国专利授权公告了CN1341568“改性木素磺酸盐多功能水处理剂及其制备方法”、CN100462313C“一种工业水处理剂及其制备方法”以及CN96106784“木质素季铵盐阳离子絮凝剂合成工艺”等等。这些专利技术各有其特点和应用方向。本发明在调研国内外木质素复配型工业水处理剂生产新技术后，在CN 100462313C“一种工业水处理剂及其制备方法”专利发明的基础上，将木质素磺酸钠（SL）与含缓蚀阻垢功能团的-PO（OH）₂和-COOH的二乙烯三胺五甲叉膦酸（DTPMPA）和2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷（PBTCA）复配，同时加入协同缓蚀性能良好的无机缓蚀剂氯化锌（ZnCl₂），兼具缓蚀和杀菌作用的有机缓蚀剂苯并三唑（BTA），经正交试验，采用水溶液法复配技术成功地制备适合我国企业运行的，缓蚀阻垢性能优异的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂，将木质素重新利用而得到的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂，实现抑制冷却水结垢以及水对金属管道设备的腐蚀。本发明的另一目的是提供一种制备上述木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂的方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂，由木质素磺酸钠（SL）、二乙烯三胺五甲叉膦酸（DTPMPA）、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷（PBTCA）、氯化锌（ZnCl₂）、苯并三唑（BTA）、乙醇和水组成；各组分的质量比：木质素磺酸钠5~25、二乙烯三胺五甲叉膦酸40~100、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷15~70、氯化锌10~50、苯并三唑1~5、乙醇1~5、水200~400。各组分优选的质量比为：木质素磺酸钠15、二乙烯三胺五甲叉膦酸50~80、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷10~50、氯化锌15~30、苯并三唑2~3、乙醇1~2、水200~300。

上述化学品均为工业纯。

一种制备木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂的方法，包括以下步骤：

（1）取上述各组分，将氯化锌溶解于占总水量20~40%的水中配制溶液（Ⅰ）；木质素磺酸钠溶解于剩余的水中配制溶液（Ⅱ）；苯并三唑溶解于乙醇中配制溶液（Ⅲ）；

（2）在装有回流冷凝装置的反应釜中依次缓缓加入二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和溶液（Ⅰ），搅拌混匀；再加入溶液（Ⅱ），继续搅拌；最后加入溶液（Ⅲ）；加料完毕，在连续搅拌下，升温至65~80℃，恒温反应1.0~4.0h，冷却至室温，得到棕褐色液体，即得本发明产品。

本发明制备的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂可用于化工、电力、冶金和油气田的敞开式循环冷却水系统以抑制冷却水结垢以及水对金属设备的腐蚀。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）加入循环水系统后能有效地起到缓蚀、阻垢和抑制藻类生长的效果，对工业冷却水系统起到了良好的保护作用；（2）整个生产过程无“废水、废气和废渣”排放，符合环保要求；（3）水处理工艺简单、用药量少、效果好、成本低；（4）本发明产品生产工艺属清洁、环境友好工艺，具有很好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本说明做进一步的说明。

实施例1

将18kg氯化锌溶解于100kg水中配制溶液（Ⅰ）；12kg木质素磺酸钠溶解于150kg水中配制溶液（Ⅱ）；2kg苯并三唑溶解于1.5kg乙醇中配制溶液（Ⅲ）；再在装有回流冷凝装置的反应釜中依次缓缓加入60kg二乙烯三胺五甲叉膦酸、20 kg 2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和溶液（Ⅰ），搅拌混匀；再加入溶液（Ⅱ），继续搅拌；最后加入溶液（Ⅲ）；加料完毕，在连续搅拌下，升温至65~80℃，恒温反应1.0~3.0h，冷却至室温，得到棕褐色液体，即得本发明产品。

实施例2

将15kg氯化锌溶解于100kg水中配制溶液（Ⅰ）；15kg木质素磺酸钠溶解于100kg水中配制溶液（Ⅱ）；2kg苯并三唑溶解于1kg乙醇中配制溶液（Ⅲ）；再在装有回流冷凝装置的反应釜中依次缓缓加入50kg二乙烯三胺五甲叉膦酸、10kg 2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和溶液（Ⅰ），搅拌混匀；依上述实施例1的方法和步骤进行操作。

实施例3

将30kg氯化锌溶解于150kg水中配制溶液（Ⅰ）；15kg木质素磺酸钠溶解于150kg水中配制溶液（Ⅱ）；3kg苯并三唑溶解于2kg乙醇中配制溶液（Ⅲ）；再在装有回流冷凝装置的反应釜中依次缓缓加入80kg二乙烯三胺五甲叉膦酸、50 kg 2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和溶液（Ⅰ），搅拌混匀；依上述实施例1的方法和步骤进行操作。

具体对比方式

下面根据对比例1~3具体说明本发明产品中木质素磺酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸和氯化锌之间的协同效应。

对比例1

除不加二乙烯三胺五甲叉膦酸外，其他操作步骤同上述实施例1。

对比例2

除不加木质素磺酸钠外，其他操作步骤同上述实施例1。

对比例3

除不加2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷外，其他操作步骤同上述实施例1。

对比例4

除不加氯化锌外，其他操作步骤同上述实施例1。

具体性能表征

下面根据产品质量测试、协同试验和现场应用试验具体表征本发明产品的性能。

实验1：产品质量测试

将实施例1所得到的缓蚀阻垢剂与其他同类产品进行多项性能指标测试，结果见表1。

其中同类产品DCI-04复配型缓蚀阻垢剂以及DCI-08复配型缓蚀阻垢剂，生产企业：南京化工研究所。同类产品M-04复配型缓蚀阻垢剂（根据CN100462313C所述的方法制备）

表1 本发明与其他同类产品的质量指标实测数据

本发明木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂具有良好的分散作用和优异的阻垢性能。由于木质素磺酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和氯化锌的相互协同作用，使得本发明的有机膦含量、阻垢率均优于同类复配型磺化木质素类缓蚀阻垢剂。

实验2：协同试验

对比例1~3协同试验结果证明，本发明产品中木质素磺酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和氯化锌之间的协同效应，能很好地抑制冷却水循环管路的结垢和腐蚀。试验数据列于表2。

表2 木质素磺酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和氯化锌之间的协同试验

实验3：现场应用试验

从2012年1月5号开始在某钢铁厂冷却水系统中应用本发明实施例1所得的产品，根据中试运行的实测数据，确定现场投加药剂的质量浓度为10 mg L^-1，按钢铁厂冷却水系统原先的操作条件及控制指标运行。经过半年的运行，循环水外观比处理前清澈度明显提高，除浊度率（NTU）>81%，钢管道的管路腐蚀率降为0.0040 ± 0.0005 mm a^-1，而没有用本发明药剂实验的钢管道的管路腐蚀率为0.3217 mm a^-1。实验证明，本发明产品改变了循环冷却水运行状况，换热设备运行良好，保证了生产装置的连续运行。运行期间循环冷却水的水质指标列于表3。

表3 某钢铁厂循环冷却水水质指标

现场应用表明：在投加药剂质量浓度为10 mg L^-1时，本发明适用于ρ[Ca²⁺]≤600 mg/L，ρ[HCO₃ ^-]＜16 mmol/L，T≤80 ℃，pH＜9的循环冷却水系统，且具有良好的缓蚀阻垢和分散氧化铁性能。本发明产品中木质素磺酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和氯化锌之间的协同效应，能高效抑制循环冷却水管路的结垢和腐蚀。

Claims

1.一种木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂，其特征在于：由木质素磺酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷、氯化锌、苯并三唑、乙醇和水组成，各组分质量比：

木质素磺酸钠 5~25；

二乙烯三胺五甲叉膦酸 40~100；

2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷 15~70

氯化锌 10~50；

苯并三唑 1~5；

乙醇 1~5；

水 200~400。

2.根据权利要求1所述的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂，其特征在于：所述的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂各组分优选的质量比：

木质素磺酸钠 15；

二乙烯三胺五甲叉膦酸 50~80；

2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷 10~50

氯化锌 15~30；

苯并三唑 2~3；

乙醇 1~2；

水 200~300。

3.一种制备权利要求1或2所述的木质素磺酸钠复配型缓蚀阻垢剂的方法，其特征在于：包括下列步骤：

（1）取各组分，将氯化锌溶解于占水总量20~40%的水中配制溶液（Ⅰ）；将木质素磺酸钠溶解于剩余的水中配制溶液（Ⅱ）；将苯并三唑溶解于乙醇中配制溶液（Ⅲ）；

（2）在装有回流冷凝装置的反应釜中依次缓缓加入二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷和溶液（Ⅰ），搅拌混匀；再加入溶液（Ⅱ），继续搅拌；最后加入溶液（Ⅲ）；

（3）加料完毕，在连续搅拌条件下，升温至65~80℃，恒温反应1~4h，冷却至室温，得到棕褐色液体，即得本发明产品。