CN104944602A - 一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂及其制备方法，该水处理剂以由氨基酸封端聚醚单体与丙烯磺酸钠进行自由基共聚而得，其结构通式为：其中：R为-CH2OH、-CHOHCH3或-CH2CH2COOH；聚合度x为1～5000，聚合度y为1～5000，重复单元数m为1～100。本发明海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂无磷，可生物降解，是一种绿色环保型水处理剂。该水处理剂具有优异的阻Ca3(PO4)2垢、阻CaCO3垢、阻CaSO4垢性能和良好的分散铁性能，同时配伍性好，可与有机磷酸盐、锌盐缓蚀剂等水处理剂复配使用，也可单独使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂及其制备方法，属于水处理剂制备及应用范畴，适用于海水淡化膜、油田、循环水系统等应用领域。
背景技术
随着我国海洋强国和国家海洋战略的实施，反渗透海水淡化技术是解决沿海地区和海岛地区用水的关键技术，也是解决水资源短缺的根本途径之一。然而，反渗透膜表面极易生成Ca3(PO4)2、CaCO3、CaSO4等沉积物，导致系统供水压力和清洗频率增加，出水量和脱盐率下降，甚至使膜元件提前报废。因此，寻找高效环保的海水淡化膜用水处理剂越来越重要。
近年来，国内外使用的水处理剂主要有聚合物类含磷水处理剂，对海水淡化膜系统中的常见垢均能达到良好的处理效果，含磷水处理剂能有效抑制磷酸钙、碳酸钙沉淀，但含磷组分会向微生物提供营养源，加剧对系统内的微生物污染，还会产生磷酸盐垢在膜上的沉积现象。聚羧酸类高效水处理剂如聚丙烯酸、聚马来酸酐等聚合物虽然阻垢性能良好，但聚丙烯酸在铁和重金属离子存在时，稳定性下降。中国专利CN200910117136.X公开了聚马来酸酐水处理剂及其制备方法，但该水处理剂在有氯存在的高碱度海水中需要增加投药量。公开号为US20140319067的美国专利则公开了美国PWT公司针对现有反渗透水处理剂的缺陷设计了Dendrimer树枝状聚合物，其纳污阻垢效果明显提高了且具有很好的稳定性。目前，海水淡化专用水处理技术主要被国外公司所垄断。因此，本发明的目的在于提供一种不增加排水中的磷浓度，对海水中的钙垢具有高效的抑制作用及良好的分散铁性能，且具有良好化学稳定性的海水淡化膜用环保型水处理剂。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂及其制备方法，该水处理剂无磷、可生物降解，具有优异的阻Ca3(PO4)2垢、CaCO3垢、CaSO4垢效果，同时具有良好的分散铁性能。
技术方案：一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂是以氨基酸封端聚醚单体与丙烯磺酸钠进行自由基共聚而得，其结构通式为：
其中：R为-CH2OH、-CHOHCH3或-CH2CH2COOH；聚合度x为1～5000，聚合度y为1～5000，重复单元数m为1～100。
上述海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂的制备方法为：
在N2气氛、室温下，以烯丙氧基聚乙二醇单醚的质量计，将烯丙氧基聚乙二醇单醚和0.05～5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的氨基酸加入反应釜中混匀，再加入0.001～0.05倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的酯化催化剂，用10～15wt％盐酸调节pH为2～5，80～150℃反应1～10h，得氨基酸封端聚醚单体，将反应温度调至50～95℃后，将0.2～5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的丙烯磺酸钠、0.1～5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的蒸馏水加入反应釜中，以均匀的速度滴加0.01～0.5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的无机引发剂，该无机引发剂浓度为质量百分浓度为0.5～15wt％的水溶液，1～3h滴完，滴完后继续反应1～10h，降至室温，得固含量为20～60wt％的海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。
上述制备方法中所述的氨基酸为丝氨酸、苏氨酸或谷氨酸中的一种；所述的酯化催化剂为4-二甲氨基吡啶、N，N-二甲基甲酰胺或对甲基苯磺酸中的一种；所述的无机引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或偏重亚磺酸钠中的一种。
本发明采用氨基酸对烯丙氧基聚乙二醇单醚进行绿色封端制备了新型氨基酸封端聚醚单体，进而与丙烯磺酸钠进行自由基共聚制备了一种可生物降解的海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。既保留了烯丙氧基聚乙二醇单醚的化学稳定性，又改良了烯丙氧基聚乙二醇单醚的降解性，对于抑制Ca3(PO4)2垢、CaCO3垢、CaSO4垢效果显著，同时具有良好的分散铁性能。
有益效果：本发明的海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂具有以下优异性能：
(1)该水处理剂不含磷，采用安全廉价的水作为反应溶剂，反应过程采用“一锅煮”的方式，无需分离，实现原子经济反应。氨基酸结构引入使其具有更好的生物降解性，是一种新型的绿色环保水处理剂。
(2)该水处理剂结构中含有亲水性强的聚乙二醇链段，分散性能优良的磺酸基团以及能与钙离子螯合的羟基或者羧基基团，同时S与N元素能与水中的氢形成氢键，故该水处理剂的钙离子容忍度大大提高，在海水淡化膜系统高硬度、高氯离子浓度水质中具有优异的阻垢效果和分散铁性能。
(3)该水处理剂配伍性好，可与有机磷酸盐、锌盐等水处理剂复配使用，也可单独使用。
具体实施方式
本发明的一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂是以氨基酸封端聚醚单体与丙烯磺酸钠进行自由基共聚而得，其结构通式为：
其中：R为-CH2OH、-CHOHCH3或-CH2CH2COOH；
聚合度x为1～5000，聚合度y为1～5000，重复单元数m为1～100。
实施例1：在N2气氛、室温下，将80g烯丙氧基聚乙二醇单醚、20g丝氨酸和0.3g 4-二甲氨基吡啶加入反应釜中混匀，用10wt％盐酸调节pH为2.5，升温至70℃反应2.5h，再称取30g丙烯磺酸钠和400g蒸馏水加入反应釜中混匀，升温至75℃后，滴加50g 4wt％的过硫酸钠水溶液，滴加完毕后，继续在75℃下反应3h，降至室温后，得固含量为22.7wt％的深黄色粘稠状透明海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。
所得海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达92.5％，对CaCO3阻垢率为89.7％，对CaSO4阻垢率为93.6％，表征分散铁性能的含Fe(Ⅲ)溶液的透光率为26.8％。
实施例2：在N2气氛、室温下，将80g烯丙氧基聚乙二醇单醚、30g苏氨酸和0.5g N，N-二甲基甲酰胺加入反应釜中混匀，用10wt％盐酸调节pH为3，升温至75℃反应3h，再称取42g丙烯磺酸钠和250g蒸馏水加入反应釜中混匀，升温至80℃后，滴加50g 6wt％的过硫酸钾水溶液，滴加完毕后，继续在80℃下反应5h，降至室温后，得固含量为34.1wt％的深黄色粘稠状透明海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。
所得海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达97.1％，对CaCO3阻垢率为93.0％，对CaSO4阻垢率为97.8％，表征分散铁性能的含Fe(Ⅲ)溶液的透光率为25.7％。
实施例3：在N2气氛、室温下，将80g烯丙氧基聚乙二醇单醚、35g谷氨酸和0.6g对甲基苯磺酸加入反应釜中混匀，用15wt％盐酸调节pH为3.5，升温至80℃反应4h，再称取48g丙烯磺酸钠和200g蒸馏水加入反应釜中混匀，升温至85℃后，滴加50g 8wt％的偏重亚磺酸钠水溶液，滴加完毕后，继续在85℃下反应6h，降至室温后，得固含量为40.1wt％的深黄色粘稠状透明海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。
所得海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达96.3％，对CaCO3阻垢率为92.7％，对CaSO4阻垢率为95.7％，表征分散铁性能的含Fe(Ⅲ)溶液的透光率为27.0％。
实施例4：在N2气氛、室温下，将80g烯丙氧基聚乙二醇单醚、40g丝氨酸和1g N，N-二甲基甲酰胺加入反应釜中混匀，用15wt％盐酸调节pH为4，升温至100℃反应6h，再称取54g丙烯磺酸钠和130g蒸馏水加入反应釜中混匀，降温至90℃后，滴加50g 10wt％的过硫酸钠水溶液，滴加完毕后，继续在90℃下反应8h，降至室温后，得固含量为50.0wt％的深黄色粘稠状透明海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。
所得海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达94.9％，对CaCO3阻垢率为93.1％，对CaSO4阻垢率为96.2％，表征分散铁性能的含Fe(Ⅲ)溶液的透光率为24.3％。
实施例5：在N2气氛、室温下，将80g烯丙氧基聚乙二醇单醚、45g谷氨酸和1.2g 4-二甲氨基吡啶加入反应釜中混匀，用15wt％盐酸调节pH为5，升温至110℃反应8h，再称取60g丙烯磺酸钠和80g蒸馏水加入反应釜中混匀，降温至95℃后，滴加50g 12wt％的过硫酸钾水溶液，滴加完毕后，继续在95℃下反应10h，降至室温后，得固含量为59.6wt％的深黄色粘稠状透明海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。
所得海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂在投加量为8mg/L时，对Ca3(PO4)2阻垢率可达97.7％，对CaCO3阻垢率为94.8％，对CaSO4阻垢率为97.6％，表征分散铁性能的含Fe(Ⅲ)溶液的透光率为22.4％。
采用本发明实施例1～实施例5产品，对浓缩2倍的海水样品进行阻垢效果试验，实验用水采用南通启东地区海水，水质条件如表1。
表1 实验用水水质分析结果
阻垢率的计算按照《中华人民共和国石油天然气行业标准-SY/T5673-1993》进行，分散铁沉积实验按陆建明在《工业水处理》1991年06期上的《冷却水处理剂分散铁沉积能力的评定》进行表征分散铁性能用含Fe(Ⅲ)溶液的透光率表示，透光率越低表示分散的性能越好。
Claims (5)
1.一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂，其特征在于该水处理剂是由氨基酸封端聚醚单体与丙烯磺酸钠进行自由基共聚而得，其结构通式为：
其中：R为-CH2OH、-CHOHCH3或-CH2CH2COOH；
聚合度x为1～5000，聚合度y为1～5000，重复单元数m为1～100。
2.一种如权利1所述的一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂的制备方法，其特征在于该制备方法为：
在N2气氛、室温下，以烯丙氧基聚乙二醇单醚的质量计，将烯丙氧基聚乙二醇单醚和0.05～5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的氨基酸加入反应釜中混匀，再加入0.001～0.05倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的酯化催化剂，用10～15wt％盐酸调节pH为2～5，80～150℃反应1～10h，得氨基酸封端聚醚单体，将反应温度调至50～95℃后，将0.2～5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的丙烯磺酸钠、0.1～5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的蒸馏水加入反应釜中，以均匀的速度滴加0.01～0.5倍烯丙氧基聚乙二醇单醚质量的无机引发剂，该无机引发剂浓度为质量百分浓度为0.5～15wt％的水溶液，1～3h滴完，滴完后继续反应1～10h，降至室温，得固含量为20～60wt％的海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂。
3.根据权利要求2所述的一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂的制备方法，其特征在于该制备方法中所述的氨基酸为丝氨酸、苏氨酸或谷氨酸中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂的制备方法，其特征在于该制备方法中所述的酯化催化剂为4-二甲氨基吡啶、N，N-二甲基甲酰胺或对甲基苯磺酸中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种海水淡化膜用环保型聚醚水处理剂的制备方法，其特征在于该制备方法中所述的无机引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或偏重亚磺酸钠中的一种。
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