CN104445645A - 一种绿色环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

一种绿色环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绿色环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法，属于水处理领域。其由水、聚天冬氨酸、钨酸钠、烷基糖苷和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)组成，制备方法为：先将PDDA溶解于含钨酸钠的水溶液中，然后在较低的搅拌速度下加入聚天冬氨酸和烷基糖苷，PDDA能将聚天冬氨酸和烷基糖苷包裹形成微乳滴，使聚天冬氨酸、烷基糖苷和钨酸钠的缓阻垢性效率更高，使用寿命增长。本发明的缓蚀阻垢剂还具有用量少，处理效果好，毒性低，对环境、人体和作物没有危害，也不引起微生物滋生等特点，属于环境友好型缓蚀剂，本发明的绿色环保型缓蚀阻垢剂制备工艺简单、条件温和，易于操作等优点，可广泛应用于各种水处理领域。

Description

一种绿色环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理领域，更具体地说，涉及一种绿色环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法。
背景技术
在石油化工行业中，循环冷却水伴随着生产的全过程，占总用水量的70-80％，循环冷却水不断蒸发和浓缩，使得冷却水管道结垢、腐蚀的现象比较严重，容易滋生菌藻，以致影响设备的传热效果和缩短设备的使用寿命，为解决这些问题，必须对循环冷却水进行水质处理，有机膦酸是目前广泛使用的一类水处理剂，它是国外60年代中期开发，70年代被确认的一类水处理剂，具有良好的化学稳定性、耐高温性且兼具用量少、缓蚀和阻垢作用等特点。此外，有机膦酸对许多金属离子具有优异的螯合能力，它们解决了系统产生碳酸钙垢的问题，C-P键存在使其化学性能稳定、较耐高温，有明显“溶限效应”和“协同效应”。其缺陷是有机膦酸不能有效地抑制磷系和磷锌系水处理配方中产生的磷酸钙垢、锌垢和氧化铁沉积问题，含磷废水排放造成水体富营养化和海洋赤潮问题。国外已实施限磷或禁磷措施，我国也大力提倡低磷和无磷产品的开发。共聚物阻垢剂是进入80年代后开发的一种新型水处理剂，其性能优越、复配性好、无磷污染、发展前景广阔，但其价格高，单独使用不能满足水处理需要，故需加入其他组分复配后使用。
经检索，中国专利申请号200810147762.9公开了一种在循环冷却水系统中使用的绿色复合缓蚀阻垢剂，由腐植酸钠、淀粉、聚天冬氨酸或聚环氧琥珀酸、马来酸酐-丙烯酸共聚物、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐、锌盐(硫酸锌或氯化锌)和甲基苯骈三氮唑组成，该发明解决了循环冷却水系统中常用的有机磷酸型缓蚀阻垢剂因磷排放而引起周围水域的富营养化，进一步造成“赤潮”等环境污染问题，但是该发明中的复合缓蚀阻垢剂组分复杂，含有多种大分子聚合物，制备成本高且缓蚀阻垢效果不显著；中国专利授权公告号CN 101560022 B公开了一种复合缓蚀阻垢剂，由有机膦酸15％～30％、丙烯酸或丙烯酸共聚物10％～20％、聚马来酸2％～10％、唑类衍生物1％～3％、多元有机胺磺酸盐15％～30％、二甲基甲酰胺或酒精2％～6％、水20％～35％质量配比的原料制成，该发明复合缓蚀阻垢剂用于中水作为循环冷却水的系统，能够解决中水循环水对设备造成的腐蚀，但是该复合缓蚀阻垢剂中含磷量较高且组分复杂，只适用于中水作为循环冷却水的系统，应用受到限制。因此，为了满足目前的水处理需要，急需研发出一种毒性低，对环境、人体和作物没有危害，且缓蚀阻垢效率高、成本低的缓蚀阻垢剂。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的缓蚀阻垢剂存在组分复杂、制备成本高、对环境和人体以及作物不友好等问题，本发明提供一种绿色环保型缓蚀阻垢剂及其制备方法，本发明的缓蚀阻垢剂具有生产工艺简单，阻垢效率高、缓蚀性能好、环境友好等优点。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种绿色环保型缓蚀阻垢剂，由水、聚天冬氨酸、钨酸钠、烷基糖苷和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯组成，所述的各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸40-60％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯12-20％，钨酸钠7-15％，烷基糖苷5-10％，余量为水。
优选地，所述的烷基糖苷为十二烷基葡萄糖苷或者十八烷基糖苷中的一种或者两种。
优选地，所述的各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸40％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯18％，钨酸钠7％，烷基糖苷8％，余量为水。
上述的一种绿色环保型缓蚀阻垢剂的制备方法，其步骤为：
(a)在反应瓶中按上述的比例加入邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、钨酸钠和水，加热搅拌使邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯和钨酸钠充分溶解；
(b)将步骤(a)中得到的溶液冷却至30-40℃时，在搅拌的条件下，按照上述的比例将聚天冬氨酸和烷基糖苷滴加入步骤(a)中的反应瓶中进行微乳化反应，得到绿色环保型缓蚀阻垢剂。
优选地，所述的步骤(a)中加热温度为45-60℃，搅拌速度为180-250rpm。
优选地，所述的步骤(b)中滴加聚天冬氨酸和烷基糖苷条件是当步骤(a)中的溶液冷却至30℃时。
优选地，所述的步骤(b)中搅拌速度为100-120rpm，搅拌时间为3-4h。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明绿色环保型缓蚀阻垢剂组分中的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)是一种大分子聚合物，能溶解于含钨酸钠的水溶液中，具有一定的粘附性能，在较低的搅拌速度下加入聚天冬氨酸和烷基糖苷，PDDA能将聚天冬氨酸和烷基糖苷包裹形成微乳滴，使聚天冬氨酸、烷基糖苷和钨酸钠的缓蚀阻垢性效率更高，使用寿命增长，同时PDDA自身也具有缓蚀阻垢的功能；
(2)本发明绿色环保型缓蚀阻垢剂组分中的聚天冬氨酸能有效的覆盖于晶体的活性生长点，对所有的活性生长点均具有一定的阻碍作用，抑制了晶格的结晶过程，聚天冬氨酸不仅有着优异的阻垢性能，而且配合邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯之后还有相当理想的缓蚀性能；
(3)本发明中的烷基糖苷兼具非离子与阴离子表面活性剂的特性，是一种性能优良的新型绿色表面活性剂，除具有表面活性剂的特性外，由于相似的结构和特性吸附，同时也表现出缓蚀剂的性能，烷基糖苷可单独作为缓蚀剂使用，但是效率不高，与邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯复配后可以大大提高缓蚀率、降低缓蚀剂用量，减少污染，提高综合性能等；
(4)本发明中的钨酸盐能促进PDDA在水中的溶解性，同时具有毒性低，对环境、人体和作物没有危害，也不引起微生物滋生的特点，属环境友好型缓蚀剂；
(5)本发明的绿色环保型缓蚀阻垢剂的制备方法，先在45-60℃条件下将PDDA溶解于钨酸钠水溶液中，解决了邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯在水中不易溶解或者溶解容易团聚的问题，然后在较低的搅拌速度(100-120rpm)条件下，加入聚天冬氨酸和烷基糖苷形成绿色环保型缓蚀阻垢剂微乳滴，具有制备工艺简单、条件温和、缓蚀阻垢效果好等优点，尤其是经过本方法的顺序制作的缓蚀阻垢剂的分散性好，不团聚，耐储存，复配完成之后储存期可达到3年。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种绿色环保型缓蚀阻垢剂，包括聚天冬氨酸、钨酸钠、十二烷基葡萄糖苷和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯，其中各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸40％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯18％，钨酸钠7％，十二烷基葡萄糖苷8％，余量为水。其制备步骤为：
(a)在反应瓶中按上述的比例加入邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、钨酸钠和水，加热至45℃，在180rpm条件下搅拌1h，使邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯和钨酸钠充分溶解；
(b)将步骤(a)中得到的溶液冷却至30℃，然后在100rpm的搅拌条件下，按照上述的比例将聚天冬氨酸和十二烷基葡萄糖苷滴加入步骤(a)中的反应瓶中进行微乳化反应，反应3h后得到绿色环保型缓蚀阻垢剂。对环境、人体和作物没有危害，也不引起微生物滋生等特点，属于环境友好型缓蚀剂。
检测本实施例中得到的绿色环保型缓蚀阻垢剂的缓蚀和阻垢性能，其步骤和结果如下：
(1)按照中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中的旋转挂片失重法进行缓蚀试验，试验温度50℃，转速70r/min。所用试片为20#碳钢试片，Ⅱ型标准挂片，规格为50mm×25mm×2mm，面积28cm2。所用挂片均经金相砂纸逐级打磨，再经蒸馏水、无水乙醇清洗、冷风吹干，置于干燥器24小时以上，备用。
(2)按照中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中的碳酸钙沉积法进行静态阻垢试验，试验温度为80±1℃，试验水质中Ca2+及HCO3-(以CaCO3计)均为250mg/L，绿色环保型缓蚀阻垢剂的添加量为10mg/L，试验10小时后，测得的阻垢率为96.7％，缓蚀率为98.2％。
实施例2
一种绿色环保型缓蚀阻垢剂，包括聚天冬氨酸、钨酸钠、十八烷基糖苷和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯，各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸60％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯12％，钨酸钠15％，十八烷基糖苷5％，余量为水。其制备步骤为：
(a)在反应瓶中按照上述的比例加入邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、钨酸钠和水，加热至60℃，在200rpm条件下搅拌1.5h，使邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯和钨酸钠充分溶解；
(b)将步骤(a)中得到的溶液冷却至30℃，然后在110rpm的搅拌条件下，按照上述的比例将聚天冬氨酸和十八烷基糖苷滴加入步骤(a)中的反应瓶中进行微乳化反应，反应4h后得到绿色环保型缓蚀阻垢剂。
检测本实施例中得到的绿色环保型缓蚀阻垢剂的缓蚀和阻垢性能，其步骤和结果如下：
(1)按照中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中的旋转挂片失重法进行缓蚀试验，试验温度50℃，转速70r/min。所用试片为20#碳钢试片，Ⅱ型标准挂片，规格为50mm×25mm×2mm，面积28cm2。所用挂片均经金相砂纸逐级打磨，再经蒸馏水、无水乙醇清洗、冷风吹干，置于干燥器24小时以上，备用。
(2)按照中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中的碳酸钙沉积法进行静态阻垢试验，试验温度为80±1℃，试验水质中Ca2+及HCO3-(以CaCO3计)均为250mg/L，绿色环保型缓蚀阻垢剂的添加量为15mg/L，试验8小时后，测得的阻垢率为95.1％，缓蚀率为93.2％。
实施例3
一种绿色环保型缓蚀阻垢剂，包括聚天冬氨酸、钨酸钠、十二烷基葡萄糖苷和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯，各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸50％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯20％，钨酸钠13％，十二烷基葡萄糖苷10％，余量为水。其制备步骤为：
(a)在反应瓶中按照上述的比例加入邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、钨酸钠和水，加热至50℃，在250rpm条件下搅拌1h，使邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯和钨酸钠充分溶解；
(b)将步骤(a)中得到的溶液冷却至30℃，然后在120rpm的搅拌条件下，按照上述的比例将聚天冬氨酸和十二烷基葡萄糖苷滴加入步骤(a)中的反应瓶中进行微乳化反应，反应3.5h后得到绿色环保型缓蚀阻垢剂。
检测本实施例中得到的绿色环保型缓蚀阻垢剂的缓蚀和阻垢性能，其步骤和结果如下：
(1)按照中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中的旋转挂片失重法进行缓蚀试验，试验温度50℃，转速70r/min。所用试片为20#碳钢试片，Ⅱ型标准挂片，规格为50mm×25mm×2mm，面积28cm2。所用挂片均经金相砂纸逐级打磨，再经蒸馏水、无水乙醇清洗、冷风吹干，置于干燥器24小时以上，备用。
(2)按照中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中的碳酸钙沉积法进行静态阻垢试验，试验温度为80±1℃，，实验中采用的水为某化肥厂循环冷却水，水中Ca2+浓度为80.1mg/L，Mg2+浓度为20.7mg/L，Cl-浓度为30.8mg/L，绿色环保型缓蚀阻垢剂的添加量为20mg/L，试验10小时后，测得的其阻垢率为96.7％，缓蚀率为98.5％。
对比例1
同实施例1，所不同的是各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸60％，钨酸钠15％，十八烷基糖苷5％，余量为水。测得的阻垢率为34.2％，缓蚀率为38.1％。
对比例2
同实施例1，所不同的是制备时在反应瓶中按照上述的比例加入聚天冬氨酸40％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯18％，钨酸钠7％，十二烷基葡萄糖苷8％，余量为水，加热至60℃，在200rpm条件下搅拌1.5h，使他们充分溶解。三分钟后，发现得到的溶液存在很多的团聚颗粒。

Claims (7)

1.一种绿色环保型缓蚀阻垢剂，由水、聚天冬氨酸、钨酸钠、烷基糖苷和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯组成，所述的各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸40-60％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯12-20％，钨酸钠7-15％，烷基糖苷5-10％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种绿色环保型缓蚀阻垢剂，其特征在于：所述的烷基糖苷为十二烷基葡萄糖苷或者十八烷基糖苷中的一种或者两种。
3.根据权利要求1或2所述的一种绿色环保型缓蚀阻垢剂，其特征在于：所述的各组分的质量百分比为：聚天冬氨酸40％，邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯18％，钨酸钠7％，烷基糖苷8％，余量为水。
4.权利要求1中所述的一种绿色环保型缓蚀阻垢剂的制备方法，其步骤为：
(a)在反应瓶中按权利要求1所述的比例加入邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、钨酸钠和水，加热搅拌使邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯和钨酸钠充分溶解；
(b)将步骤(a)中得到的溶液冷却至30-40℃时，在搅拌的条件下，按照权利要求1所述的比例将聚天冬氨酸和烷基糖苷滴加入步骤(a)中的反应瓶中进行微乳化反应，得到绿色环保型缓蚀阻垢剂。
5.根据权利要求4所述的一种绿色环保型缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(a)中加热温度为45-60℃，搅拌速度为180-250rpm。
6.根据权利要求4或5所述的一种绿色环保型缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(b)中滴加聚天冬氨酸和烷基糖苷条件是当步骤(a)中的溶液冷却至30℃时。
7.根据权利要求4所述的一种绿色环保型缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(b)中搅拌速度为100-120rpm，搅拌时间为3-4h。
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