CN103319006B - 一种新型水处理剂及其制备方法 - Google Patents

一种新型水处理剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型水处理剂，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：聚天冬氨酸20～25%、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷15～20%、七水硫酸锌7～9%、苯骈三氮唑1～2%，余量为水。本发明所述新型水处理剂，采用特定比例的聚天冬氨酸、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷、七水硫酸锌、苯骈三氮唑和水复配而成，各物质之间相互协同增效，能够显著提高其缓蚀、阻垢能力，适用于高碱度、高硬度、高pH条件下的冷却水系统，可实现高浓缩倍数运行，而且均采用无磷或低磷原料、低毒、易生物降解，绿色环保。同时，本发明还公开了所述水处理剂的制备方法，采用所述方法制备得到的水处理剂能够长期稳定存放。

Description

一种新型水处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水处理剂及其制备方法，尤其涉及一种高效、多功能绿色环保型水处理剂及其制备方法。
背景技术
在工业循环冷却水中，为控制结垢、腐蚀、生物黏泥的危害而添加的化学药剂称为水处理剂。在水处理技术发展初期，一般都是添加无机化合物，如磷酸盐、氯气、石灰等作为水处理药剂，但水处理效果受到一定的限制。后来发展到用单宁、淀粉、木质素等纯天然有机化合物作为水处理剂，但由于其在水处理应用中投放量大，在高温高压下易分解，且杂质含量高而少用。
到上世纪70年代，发展到用三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等无机磷聚合物作阻垢剂。但这类阻垢剂磷含量高，易水解为正磷酸盐，产生磷酸钙沉淀，故现在都不单独用作阻垢剂，取而代之的是有机膦酸盐。
有机膦酸盐有明显的溶限效应和与其他水处理药剂复合使用的协同效应而得到广泛应用。尽管有机膦缓蚀阻垢剂有很多优点，但它也易分解，限制了其在高温、高碱和高硬度等水质条件下的使用，并且有机膦酸盐本身易形成有机膦酸垢，以及磷对环境的污染等问题，因此，开发低磷或无磷阻垢剂已成为国内外水处理剂的研究课题和发展方向。
随着人们环保意识的日益提高，环境法规日趋严格，人们对阻垢剂提出了越来越高的要求。具有较好阻垢性能且可降解的绿色聚合物阻垢剂成为研究的主要方向。目前，国内用作敞开式循环冷却水系统作阻垢缓蚀剂主要是HG/T2430-2004《阻垢缓蚀剂Ⅱ》和HG/T2431-2004《阻垢缓蚀剂Ⅲ》。
《阻垢缓蚀剂Ⅱ》是以丙烯酸-丙烯酸酯类共聚物和羟基乙叉二膦酸为主要成分复配而成的不含重金属及磺酸盐的全有机阻垢缓蚀剂。此种阻垢缓蚀剂的技术指标为：膦酸盐（以PO4 3-计）含量，一等品为8.00±0.50%、合格品为8.00±1.00%；亚磷酸（以PO3 3-计）含量，一等品为≤0.40、合格品为≤0.70；一等品和合格品的固体含量均为≥21.00%；一等品的密度为1.10～1.18g/cm3、合格品的密度为1.10～1.25g/cm3；一等品和合格品的PH（原液）均为4.5±0.5。
《阻垢缓蚀剂Ⅲ》是以丙烯酸-丙烯酸酯类共聚物和羟基乙叉二膦酸和（甲基）苯骈三氮唑为主要成分，不含重金属、磺酸盐、膦羧酸复配而成的全有机型阻垢缓蚀剂。此种阻垢缓蚀剂的技术指标为：膦酸盐（以PO4 3-计）含量，一等品为7.30±0.30%、合格品为7.30±0.50%；亚磷酸（以PO3 3-计）含量，一等品为≤0.30、合格品为≤0.70；唑类（以C6H4NHN：N计）含量，一等品为≥0.80%、合格品为≥0.50%，一等品和合格品的固体含量均为≥23.00%；一等品和合格品的密度（20℃）均为1.12～1.17g/cm3；一等品和合格品的PH（1%水溶液）均为3.50±1.00。
《阻垢缓蚀剂Ⅱ》是以丙烯酸-丙烯酸酯类共聚物和羟基乙叉二膦酸为主要成分，《阻垢缓蚀剂Ⅲ》是以丙烯酸-丙烯酸酯类共聚物和羟基乙叉二膦酸和（甲基）苯骈三氮唑为主要成分。它们的主要缺点为：丙烯酸类共聚物阻垢剂在国内外共聚物阻垢剂中占有重要地位。但由于易形成丙烯酸钙，在含有高浓度Ca2+时单独使用效果较差，且生物降解性差，因此将逐渐被能够生物降解的新型高效阻垢剂所代替。尽管像羟基乙叉二膦酸等有机膦缓蚀阻垢剂的出现，使水处理技术向前迈进了一大步，但由于有机磷酸盐易分解，限制了其在高温、高碱和高硬度等水质条件下的使用，并且有机磷酸盐本身易形成有机磷酸垢，以及磷对环境的污染等问题。因此，开发低磷或无磷阻垢剂已成为国内外水处理剂的研究课题和发展方向。
CN102718333A公开了一种高效低磷复合水处理剂，其中加入的马来酸-丙烯酸共聚物为辅助阻垢剂，很难同时达到最佳的阻垢缓蚀和分散效果。而且该文献所公开的水处理剂将缓蚀、阻垢和分散剂等简单的搅拌混合复配在一起，增大了固含量，增加了生产复配的难度，而且产品不利于长期存放，如存放两三个月就会变质或有结晶析出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种能够同时很好的起到缓蚀、阻垢、分散的作用，且能够适用于高碱度、高硬度、高PH条件下的冷却水系统的新型水处理剂；同时，本发明的另一个目的在于提供一种所述新型水处理剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种新型水处理剂，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：聚天冬氨酸20～25%、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷15～20%、七水硫酸锌7～9%、苯骈三氮唑1～2%，余量为水。
聚天冬氨酸（PASP）最大的特点是无磷、无毒、可完全生物降解，它的主要作用是阻垢和分散。在高硬度、高碱度、高pH值、高浓缩倍数系统中表现卓越，PASP阻垢效果优于常用含膦阻垢剂。聚天冬氨酸（PASP）虽有好的阻垢、分散能力，但缓蚀效果不是很好，本发明在聚天冬氨酸中加入特定比例的PBTC、锌盐和唑类，通过协同增效而提高缓蚀、阻垢、分散能力。
2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷（PBTC）是一种兼具阻垢缓蚀性能高、化学稳定性强和低毒特点的水处理剂，在苛刻条件下，如高温、高硬度、高碱度下能发挥很强的阻垢作用，尤其在由Fe3+存在，其阻垢性能优于其他有机磷酸盐。PBTC具有良好的缓蚀性能，与锌盐、聚磷酸盐有很好的协同缓蚀作用。它不易被酸碱破坏，不易水解，耐高温。PBTC还耐氧化物如氯、优氯净、强氯精的氧化分解。PBTC不易与Ca2+、Mg2+、Fe3+等生成难溶的有机磷酸盐沉淀。
本申请发明人对多种有机膦和共聚物产品与聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、锌盐、唑类进行正交对比试验。通过“GB/T16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定》（碳酸钙沉积法）”和“GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定》（旋转挂片法）”，对各配方的阻垢、缓蚀性能进行对比测试，结合低磷、易生物降解的要求，最终得到由聚天冬氨酸、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷、七水硫酸锌、苯骈三氮唑和水等原料、经科学复配而成的水处理剂。所述水处理剂能够用于化工厂、炼油厂、火力发电厂、中央空调等工业循环冷却水系统，起到缓蚀、阻垢、分散的作用。适应碳钢、铜和不锈钢，适用于高碱度、高硬度、高pH条件下的循环冷却水系统，可实现高浓缩倍数运行。该产品免去一般水处理过程中又要加阻垢剂、又要加缓蚀剂、还要加分散剂的麻烦，而且本发明所述水处理剂的主剂均为无磷或低磷原料，低毒、易生物降解，绿色环保。
作为本发明所述新型水处理剂的优选实施方式，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：聚天冬氨酸21～24%、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷16～19%、七水硫酸锌7.5～8.5%、苯骈三氮唑1.2～1.8%，余量为水。当所述水处理剂中各原料的质量百分比采用如上所述时，所得水处理剂具有较好的缓蚀、阻垢和分散效果。
作为本发明所述新型水处理剂的优选实施方式，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：聚天冬氨酸22%、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷18%、七水硫酸锌8%、苯骈三氮唑1.5%，余量为水。当所述水处理剂采用所述比例的原料复配而成时，所得水处理剂具有最好的缓蚀、阻垢和分散效果。
另外，本发明还提供了一种如上所述的新型水处理剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）在常温、常压下，将部分水注入反应釜中，并打开搅拌机；
（2）将七水硫酸锌慢慢加入到反应釜中，待七水硫酸锌完全溶解后，再加入聚天冬氨酸和2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷，搅拌均匀，得预混液；
（3）将苯骈三氮唑溶解于剩余部分的水中，形成苯骈三氮唑水溶液；
（4）将苯骈三氮唑水溶液加入到步骤（2）得到的预混液中，搅拌混合均匀，即得水处理剂。
本发明所述水处理剂的制备方法，采用特定的顺序分别将各原料复配，能够显著提高所得水处理剂的存放时间。
作为本发明所述新型水处理剂的制备方法的优选实施方式，所述步骤（2）中的搅拌时间为30分钟；所述步骤（4）中搅拌时间为15分钟。
作为本发明所述新型水处理剂的制备方法的优选实施方式，所述各原料的质量百分比为：聚天冬氨酸21～24%、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷16～19%、七水硫酸锌7.5～8.5%、苯骈三氮唑1.2～1.8%，余量为水。
作为本发明所述新型水处理剂的制备方法的优选实施方式，所述各原料的质量百分比为：聚天冬氨酸22%、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷18%、七水硫酸锌8%、苯骈三氮唑1.5%，余量为水。
本发明所述新型水处理剂，采用特定比例的聚天冬氨酸（PASP）、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷（PBTC）、七水硫酸锌（ZnSO4·7H2O）、苯骈三氮唑（BTA）和水复配而成，各物质之间相互协同增效，能够显著提高其缓蚀、阻垢能力，能够适用于高碱度、高硬度、高pH条件下的循环冷却水系统，可实现高浓缩倍数运行，而且均采用无磷或低磷原料、低毒、易生物降解，绿色环保。本发明所述水处理剂的制备方法，将各原料采用特定的步骤顺序复配而成，所制得的水处理剂能够长期稳定存放。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明新型水处理剂的一种实施例，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：
本实施例所述水处理剂采用以下方法制备而成：
（1）在常温、常压下，将部分水注入反应釜中，并打开搅拌机；
（2）将七水硫酸锌慢慢加入到反应釜中，待七水硫酸锌完全溶解后，再加入聚天冬氨酸和2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷，搅拌30分钟，得预混液；
（3）将苯骈三氮唑溶解于剩余部分的水中，形成苯骈三氮唑水溶液；
（4）将苯骈三氮唑水溶液加入到步骤（2）得到的预混液中，搅拌15分钟混合均匀，即得本实施例的水处理剂。
实施例2
本发明新型水处理剂的一种实施例，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：
本实施例所述水处理剂的制备方法同实施例1。
实施例3
本发明新型水处理剂的一种实施例，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：
本实施例所述水处理剂的制备方法同实施例1。
实施例4
本发明新型水处理剂的一种实施例，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：
本实施例所述水处理剂的制备方法同实施例1。
实施例5
本发明新型水处理剂的一种实施例，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：
本实施例所述水处理剂的制备方法同实施例1。
实施例6
本发明新型水处理剂的一种实施例，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：
本实施例所述水处理剂的制备方法同实施例1。
实施例7
本发明水处理剂的阻垢、缓蚀性能测试
试验分为发明组和对照组，发明组1-6分别采用实施例1-6制备得到的水处理剂，对照组1采用现有技术中常用的阻垢缓蚀剂Ⅱ，对照组2采用现有技术中常用的阻垢缓蚀剂Ⅲ，对照组3采用CN102718333A中实施例1所得水处理剂，对照组4采用CN102718333A中实施例2所得水处理剂，对照组5采用CN102718333A中实施例3所得水处理剂。
采用“GB/T16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定》（碳酸钙沉积法）”和“GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定》（旋转挂片法）”，在广州地铁中心站中央空调循环水冷却水现场对各组的阻垢、缓蚀性能进行对比测试，测试时间为2013年3月17～5月27日，循环水浓缩倍数2.5～3.5，循环水pH=7.8～8.5，测试材料：标准碳钢、铜片，挂片测试仪：RCC-Ⅰ型旋转挂片腐蚀仪，污垢测试仪：摩天测试仪。测试结果如表1所示：
表1发明组和对照组阻垢、缓蚀性能测试结果
组别 阻垢率 缓蚀率
对照组1 80％ 79％
对照组2 81％ 82％
对照组3 84％ 87％
对照组4 85％ 85％
对照组5 87％ 86％
发明组1 93％ 92％
发明组2 95％ 93％
发明组3 99.5％ 99％
发明组4 96％ 95％
发明组5 94％ 95％
发明组6 97％ 96％
由表1可看出，发明组与对照组1-5相比，发明组的阻垢率和缓蚀率均有明显的提高，尤其是发明组3的阻垢率和缓蚀率与其他组相比，有更为突出的提高。
实施例8
本发明所述水处理剂的存放性能测试
试验分为对照组和发明组，对照组1采用CN102718333A中实施例1所得水处理剂，对照组2采用CN102718333A中实施例2所得水处理剂，对照组3采用CN102718333A中实施例3所得水处理剂，发明组1-6分别采用实施例1-6制备所得的水处理剂。
将对照组和发明组的水处理剂均在室温下放置6个月，分别观察1个月、2个月、3个月、4个月和6个月时对照组和发明组的水处理剂的稳定性，结果对比如表2所示：
表2发明组和对照组的存放稳定性测试结果
组别 1个月 2个月 3个月 4个月 6个月
对照组1 澄清液体 出现结晶 结晶增多 有较多结晶 有大量结晶
对照组2 澄清液体 澄清液体 出现结晶 结晶增多 有较多结晶
对照组3 澄清液体 澄清液体 出现结晶 结晶增多 有较多结晶
发明组1 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体
发明组2 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体
发明组3 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体 竳清液体
发明组4 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体
发明组5 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体
发明组6 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体 澄清液体
由表2可看出，对照组的水处理剂在3个月内均出现结晶，而发明组的水处理剂在存放6个月都没有出现结晶。由此对比可知，发明组所述水处理剂由于采用本发明所述方法制备而成，能够长期存放而不会出现变质或结晶析出。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种新型水处理剂，其特征在于，所述水处理剂包含以下质量百分比的组分：聚天冬氨酸22％、2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷18％、七水硫酸锌8％、苯骈三氮唑1.5％，余量为水；
所述新型水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)在常温、常压下，将部分水注入反应釜中，并打开搅拌机；
(2)将七水硫酸锌慢慢加入到反应釜中，待七水硫酸锌完全溶解后，再加入聚天冬氨酸和2-膦酸基-1、2、4三羧基丁烷，搅拌均匀，得预混液；
(3)将苯骈三氮唑溶解于剩余部分的水中，形成苯骈三氮唑水溶液；
(4)将苯骈三氮唑水溶液加入到步骤(2)得到的预混液中，搅拌混合均匀，即得水处理剂。
2.如权利要求1所述的新型水处理剂，其特征在于，所述步骤(2)中的搅拌时间为30分钟；所述步骤(4)中搅拌时间为15分钟。
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