CN105481116B - 一种循环冷却水缓蚀阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种循环冷却水缓蚀阻垢剂及其制备方法，其由聚丙烯酰胺、葡萄糖酸钠、氨基三亚甲基磷酸、钼酸铵、环己胺、表面活性剂、植物提取物、防腐剂及水组成，其中，所述植物提取物由没食子酸、绿原酸、没食子单宁以及鞣花单宁组成。从而其适用于工业循环冷却水系统和高浓缩倍数、易腐蚀水质的循环使用，以实现高盐废水在循环冷却水中达到防腐蚀、防结垢、低排放的效果。

Description

一种循环冷却水缓蚀阻垢剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水处理领域，具体地说，是一种适用于循环冷却水的缓蚀阻垢剂及其制备方法。
背景技术
随着社会的快速发展，工业用水量占全国用水量的比例在逐年增加，水资源严重短缺。目前，我国大量城市污水外排不仅污染环境还浪费可再利用的资源，开展城市污水经生化处理后用于循环冷却水是缓解水资源紧缺问题的有效手段之一。大多循环冷却水系统对水质的要求不是很苛刻，城市污水经二级生化处理后，水质较为简单，具有回用于循环冷却水的巨大潜力和广阔的应用前景。但是在循环冷却水系统运行过程中常常会出现设备表面结垢和腐蚀的现象，影响其正常工作运行，严重时不仅会影响工业生产甚至使整个系统瘫痪。
城市污水中含有大量的无机离子(如Ca2+、Mg2+、SO4 2-、Cl-)和少量的有机物，尤其是Ca2+、Mg2+、SO4 2-和Cl-在浓缩数倍和高温条件下，很容易导致在循环冷却水系统设备表面形成矿物垢，而且浓缩条件下的高盐度会使系统的腐蚀问题更加严重。
在循环冷却水中添加缓蚀阻垢剂是控制系统腐蚀和结垢的有效手段。目前研究的绿色处理剂中比较典型的是聚天冬氨酸，如在公开号为CN101412568B的发明专利中公开了一种利用聚天冬氨酸、氨基三亚甲基膦酸、水解马来酸酐、丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、聚丙烯酸和水制备的一种循环水阻垢剂，其具有安全可靠、易于配置、使用方便等特点，但是聚天冬氨酸氨酸价格较高，且其本身的缓蚀阻垢性能一般难达到很高的水平，并且其主要靠与含磷的盐复合使用才能达到较好的阻垢效果。
另一方面，污水回用于循环冷却水，特别是高盐、高电导率的废水在浓缩处理过程中其具有比工业用水更强的腐蚀因素，原有的缓蚀阻垢剂配方已无法适用，开发基于城市污水生化出水水质的缓蚀阻垢剂新配方是解决城市污水回用于冷却水问题的关键技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种循环冷却水缓蚀阻垢剂及其制备方法，其适用于工业循环冷却水系统和高浓缩倍数、易腐蚀水质的循环使用，以实现高盐废水在循环冷却水中达到防腐蚀、防结垢、低排放的效果。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种循环冷却水缓蚀阻垢剂由聚丙烯酰胺、葡萄糖酸钠、氨基三亚甲基磷酸、钼酸铵、环己胺、表面活性剂、植物提取物、防腐剂及水组成，其中，所述植物提取物由没食子酸、绿原酸、没食子单宁以及鞣花单宁组成。
根据本发明的一实施例，所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：20％～30％聚丙烯酰胺、5％～15％葡萄糖酸钠、10％～18％氨基三亚甲基磷酸、2％～6％钼酸铵、8～15％环己胺、20％～35％植物提取物、0.5％～5％表面活性剂以及1％～5％防腐剂，其余为去离子水。
根据本发明的一实施例，所述防腐剂选自硫酸锌、1,3-二丁基苯并三氮唑和六氟磷酸双丙酮丙烯酰胺的一种或多种。
根据本发明的一实施例，植物提取物中的组分以质量百分比为：20％～40％没食子酸、10％～25％绿原酸、15％～35％没食子单宁、20％～30％鞣花单宁。
根据本发明的一实施例，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇中的一种或两种。
一种循环冷却水缓蚀阻垢剂的制备方法，其包括步骤：
S100将相应质量百分比的各组分在常温常压下搅拌30min，混合均匀，得混合物；以及
S200将混合物置于配有超声波和超强磁场的反应釜中，通过超声波和磁场的协同作用下浓缩成粘稠物，制得所述循环冷却水缓蚀阻垢剂。
根据本发明的一实施例，所述步骤S200中的超声波的功率为20w～100w，超强磁场的强度为10T～20T。
根据本发明的一实施例，所述超声波的功率为50w，超强磁场的强度为20T。
本发明的有益效果为：
1、聚丙烯酰胺、葡萄糖酸钠和氨基三亚甲基磷酸通过协同作用一方面能够和循环水中生成的水垢反应使其逐渐发生分解，另一方面能够加强与循环水中的钙、镁等离子的螯合作用并具有晶格畸变性能，从而提高淤渣的流动性，强化阻垢性能；
2、钼酸铵和环己胺的共同作用不仅能够与Cl-在金属表面钝化膜缺陷处发生“竞争吸附”，增强钝化膜抗Cl-点蚀的性能，特别是高温条件下氯化物的腐蚀，而且可以脱除循环水中的酸性气体，抑制其在管道系统中发生腐蚀；
3、植物提取物中的没食子酸、绿原酸、没食子单宁以及鞣花单宁组分得以协助防腐剂快速吸附在金属表面形成一层很薄的膜，保护金属免受大气及水中有害介质，特别是高浓度Cl-的腐蚀进而强化缓蚀效果；另一方面其可以协同强化对水中Ca2+、Mg2+等无机离子的螯合性能，进而强化阻垢效果。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
一种循环冷却水缓蚀阻垢剂由聚丙烯酰胺、葡萄糖酸钠、氨基三亚甲基磷酸、钼酸铵、环己胺、表面活性剂、植物提取物、防腐剂及水组成，其中，所述植物提取物由没食子酸、绿原酸、没食子单宁以及鞣花单宁组成。
其中，在所述循环冷却水缓蚀阻垢剂中的聚丙烯酰胺、葡萄糖酸钠和氨基三亚甲基磷酸通过协同作用一方面能够和循环水中生成的水垢反应使其逐渐发生分解，另一方面能够加强与循环水中的钙、镁等离子的螯合作用并具有晶格畸变性能，从而提高淤渣的流动性，强化阻垢性能。
其中，钼酸铵和环己胺的共同作用不仅能够与Cl-在金属表面钝化膜缺陷处发生“竞争吸附”，增强钝化膜抗Cl-点蚀的性能，特别是高温条件下氯化物的腐蚀，而且可以脱除循环水中的酸性气体，抑制其在管道系统中发生腐蚀。
其中，植物提取物中的没食子酸、绿原酸、没食子单宁以及鞣花单宁组分得以协助防腐剂快速吸附在金属表面形成一层很薄的膜，保护金属免受大气及水中有害介质，特别是高浓度Cl-的腐蚀进而强化缓蚀效果；另一方面其可以协同强化对水中Ca2+、Mg2+等无机离子的螯合性能，进而强化阻垢效果。
所述防腐剂选自硫酸锌、1,3-二丁基苯并三氮唑和六氟磷酸双丙酮丙烯酰胺的一种或多种。
其中，1,3-二丁基苯并三氮唑、硫酸锌和六氟磷酸双丙酮丙烯酰胺分别得以在碳钢、铜及不锈钢的表面形成一层致密保护膜，有效隔绝碳钢、铜或不锈钢的表面与氧气接触，缓蚀效果良好，有效防止在循环冷却水系统和高浓缩处理过程中对碳钢、铜及不锈钢的腐蚀。
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：20％～30％聚丙烯酰胺、5％～15％葡萄糖酸钠、10％～18％氨基三亚甲基磷酸、2％～6％钼酸铵、8～15％环己胺、20％～35％植物提取物、0.5％～5％表面活性剂以及1％～5％防腐剂，其余为去离子水。
其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：没食子酸20％～40％、绿原酸10％～25％、没食子单宁15％～35％、鞣花单宁20％～30％。
所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇中的一种或两种。
一种循环冷却水缓蚀阻垢剂的制备方法，其包括步骤：
S100将相应质量百分比的各组分在常温常压下搅拌30min，混合均匀，得混合物；以及
S200将混合物置于配有超声波和超强磁场的反应釜中，通过超声波和磁场的协同作用下浓缩成粘稠物，制得所述循环冷却水缓蚀阻垢剂。
其中，所述步骤S200中的超声波的功率为20w～100w，超强磁场的强度为10T～20T。
优选地，所述超声波的功率为50w，超强磁场的强度为20T。
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂具有原料来源广泛、生产成本低并且在使用过程中在较低浓度下即可达到优异的缓蚀阻垢效果，进一步节省了处理成本。
此外，所述循环冷却水缓蚀阻垢剂应用于工业循环冷却水系统，可以延长使用周期，保证企业生产的顺利进行，大大降低企业的用水成本。同时提高了设备的传热系数，降低了设备能耗。
在测定产品缓蚀阻垢性能时，将实施例一至实施例八制备的产品用于Q255钢片旋转挂片实验。实验条件为Ca2+浓度800mg/L，Mg2+浓度600mg/L，Cl-浓度150000mg/L，pH值为10，产品加入浓度30mg/L，温度50℃，恒温120h后测定其缓蚀阻垢效果。
实施例一
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：20％聚丙烯酰胺、5％葡萄糖酸钠、10％氨基三亚甲基磷酸、6％钼酸铵、15％环己胺、35％植物提取物、5％表面活性剂以及4％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：20％没食子酸、25％绿原酸、35％没食子单宁、20％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为20T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为99.5％，阻垢率为99.8％。
实施例二
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：30％聚丙烯酰胺、10％葡萄糖酸钠、15％氨基三亚甲基磷酸、2％钼酸铵、12％环己胺、28％植物提取物、0.5％表面活性剂以及2.5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：20％没食子酸、25％绿原酸、35％没食子单宁、20％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为20T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为97.3％，阻垢率为97.4％。
实施例三
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：30％聚丙烯酰胺、10％葡萄糖酸钠、15％氨基三亚甲基磷酸、2％钼酸铵、12％环己胺、28％植物提取物、0.5％表面活性剂以及2.5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：30％没食子酸、17％绿原酸、25％没食子单宁、27％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为20T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为98.6％，阻垢率为98.5％。
实施例四
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：25％聚丙烯酰胺、15％葡萄糖酸钠、18％氨基三亚甲基磷酸、4％钼酸铵、8％环己胺、20％植物提取物、5％表面活性剂以及5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：40％没食子酸、15％绿原酸、15％没食子单宁、30％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为20T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为99.6％，阻垢率为99.8％。
实施例五
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：25％聚丙烯酰胺、15％葡萄糖酸钠、18％氨基三亚甲基磷酸、4％钼酸铵、8％环己胺、25％植物提取物、4％表面活性剂以及1％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：35％没食子酸、10％绿原酸、15％没食子单宁、30％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为20T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为98.9％，阻垢率为99.1％。
实施例六
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：25％聚丙烯酰胺、15％葡萄糖酸钠、18％氨基三亚甲基磷酸、4％钼酸铵、8％环己胺、20％植物提取物、5％表面活性剂以及5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：40％没食子酸、15％绿原酸、15％没食子单宁、30％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为20w，超强磁场磁场的强度为10T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为90.2％，阻垢率为91.6％。
实施例七
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：25％聚丙烯酰胺、15％葡萄糖酸钠、18％氨基三亚甲基磷酸、4％钼酸铵、8％环己胺、20％植物提取物、5％表面活性剂以及5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：40％没食子酸、15％绿原酸、15％没食子单宁、30％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为100w，超强磁场磁场的强度为20T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为95.3％，阻垢率为94.6％。
实施例八
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：25％聚丙烯酰胺、15％葡萄糖酸钠、18％氨基三亚甲基磷酸、4％钼酸铵、8％环己胺、20％植物提取物、5％表面活性剂以及5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：40％没食子酸、15％绿原酸、15％没食子单宁、30％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为15T。结果显示本发明的测定的缓蚀率为98.7％，阻垢率为99.3％。
实施例九
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：25％聚丙烯酰胺、15％葡萄糖酸钠、18％氨基三亚甲基磷酸、4％钼酸铵、8％环己胺、20％植物提取物、5％表面活性剂以及5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：40％没食子酸、15％绿原酸、15％没食子单宁、30％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为20T。
制备的产品用于铜片旋转挂片实验。实验条件为Ca2+浓度800mg/L，Mg2+浓度600mg/L，Cl-浓度150000mg/L，pH值为10，产品加入浓度30mg/L，温度50℃，恒温120h后测定其缓蚀阻垢效果。
结果显示本发明的测定的缓蚀率为99.5％，阻垢率为99.7％。
实施例十
所述循环冷却水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分含量为：25％聚丙烯酰胺、15％葡萄糖酸钠、18％氨基三亚甲基磷酸、4％钼酸铵、8％环己胺、20％植物提取物、5％表面活性剂以及5％防腐剂，其余为去离子水。其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：40％没食子酸、15％绿原酸、15％没食子单宁、30％鞣花单宁。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温常压下搅拌30min使其混合均匀后，再置于配有超声波和超强磁场的反应釜中进一步的进行浓缩使混合溶液呈现粘稠状，其中超声波的功率为50w，超强磁场磁场的强度为20T。
制备的产品用于不锈钢片旋转挂片实验。实验条件为Ca2+浓度800mg/L，Mg2+浓度600mg/L，Cl-浓度150000mg/L，pH值为10，产品加入浓度30mg/L，温度50℃，恒温120h后测定其缓蚀阻垢效果。
结果显示本发明的测定的缓蚀率为99.6％，阻垢率为99.8％。
由具体实施例一至实施例十可知，所述循环冷却水缓蚀阻垢剂可应用于高浓缩倍数(10倍以上)、易腐蚀水质中(如用高盐废水或其它难处理的工业废水作冷却循环水的补充水)，几乎能达到不腐蚀、不结垢的效果，特别是当氯离子浓度高达10～15万mg/L时，工业循环水系统(碳钢、不锈钢和铜材质)也都可以达到防腐蚀、防结垢，从而既节约了补充水和减轻了工厂水处理的负担，又实现了废水低排放的效果。
本发明的缓蚀阻垢剂具有原料来源广泛、生产成本低并且在使用过程中在较低浓度下即可达到优异的缓蚀阻垢效果，进一步节省了处理成本。
3)本发明的缓蚀阻垢剂应用于工业循环冷却水系统，可以延长使用周期，保证企业生产的顺利进行，大大降低企业的用水成本。同时提高了设备的传热系数，降低了设备能耗。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种循环冷却水缓蚀阻垢剂，其特征在于，其组成原料的质量百分比为：20％～30％聚丙烯酰胺、5％～15％葡萄糖酸钠、10％～18％氨基三亚甲基磷酸、2％～6％钼酸铵、8～15％环己胺、20％～35％植物提取物、0.5％～5％表面活性剂以及1％～5％防腐剂，其余为去离子水，其中，防腐剂选自硫酸锌、1,3-二丁基苯并三氮唑和六氟磷酸双丙酮丙烯酰胺的一种或多种，其中，植物提取物中的组分以质量百分比为：20％～40％没食子酸、10％～25％绿原酸、15％～35％没食子单宁、20％～30％鞣花单宁。
2.根据权利要求1所述的循环冷却水缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇中的一种或两种。
3.一种如权利要求2所述的循环冷却水缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S100将相应质量百分比的各组分在常温常压下搅拌30min，混合均匀，得混合物；以及
S200将混合物置于配有超声波和超强磁场的反应釜中，通过超声波和磁场的协同作用下浓缩成粘稠物，制得所述循环冷却水缓蚀阻垢剂，其中，所述超声波的功率为50w，超强磁场的强度为20T。
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