CN105645610A - 一种循环水缓蚀阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

一种循环水缓蚀阻垢剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种循环水缓蚀阻垢剂及其制备方法，其主要由聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸、花青素、茶多酚、三聚氰胺、异氟尔酮二胺、乙二醇和水组成。从而适用于工业循环冷却水系统，以实现高盐废水在循环冷却水中达到预膜缓蚀、防结垢和防腐蚀。

Description

一种循环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
目前，我国70％以上的城市面临缺水的危机，而工业用水占城市供水量的80％左右，循环冷却水又占工业用水量的70％以上。虽然节约用水、改进技术、提高水价和远地调水都在不同程度上缓解了水资源短缺问题，但是目前世界各国都将城市污水回用于工业循环水系统作为解决缺水问题的首选方案。利用城市污水应用于工业循环冷却水，一方面大量城市污水外排既污染了环境又浪费了资源，另一方面将城市污水作为新开发的再生水源其具有水质简单、水量大而稳定的特点，是一种比较可靠的水资源，将城市污水经生化处理后用于工业上的循环冷却水，不仅可以有效缓解水资源短缺而且具有很好的环境效益、社会效益和经济效益。
但是城市污水中含有大量的无机离子(如Ca2+、Mg2+、SO4 2-)和少量的有机物，尤其是Ca2+、Mg2+、SO4 2-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。同时，结垢和腐蚀是循环冷却水系统的关键问题，人们经常采用往循环水系统中投加阻垢缓蚀剂来缓解和控制系统的结垢和腐蚀问题，由于污水具有比工业用水更强的腐蚀因素和成垢因素，原有的缓蚀阻垢剂配方已不适用，开发基于城市污水生化出水水质的新型缓蚀阻垢剂是解决城市污水回用于循环冷却水问题的关键技术。
在申请号为CN200610127172.0的发明中公开了一种环保型缓蚀阻垢剂用于处理循环冷却水，其特征在于该环保型复合阻垢剂中的缓蚀组份由钼酸盐、硼酸盐、有机取代羧酸或有机杂环类化合物中的一种或一种以上的物质组成，其中的阻垢组份由天然高分子化合物、环氧琥珀酸类物质或丙烯酸三元共聚物中的一种或一种以上的物质组成，其具有阻垢能力强、缓蚀效果好的优点，但是其药剂的加入浓度为300～500mg/L，药剂的消耗量过大导致处理成本较高。
在申请号为CN201210116459.9的发明中公开了一种冷却水缓蚀阻垢剂，其特征在于该缓蚀阻垢剂主要由有机膦羧酸缓蚀剂、有机多元膦酸类缓蚀阻垢剂、聚合物阻垢剂、金属离子螯合剂、表面活性剂、锌盐、功能性添加剂及水组成，该配方在高盐废水的浓缩处理过程中，特别是在高盐、高电导率的废水中作为补充用水的条件下其缓蚀阻垢效率大大降低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种循环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，以实现高盐废水在循环冷却水中达到预膜缓蚀、防结垢和防腐蚀，从而适用于高浓缩倍率循环冷却水处理。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种循环水缓蚀阻垢剂主要由聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸、花青素、茶多酚、三聚氰胺、异氟尔酮二胺、乙二醇和水组成。
根据本发明的一实施例，所述循环水缓蚀阻垢剂还包含1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐。
根据本发明的一实施例，所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：10％～25％聚丙烯酰胺、10％～20％2-羟基膦酸基乙酸、5％～20％聚环氧琥珀酸、5％～15％花青素、10％～20％茶多酚、1％～10％三聚氰胺、10％～20％异氟尔酮二胺、5％～10％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。
根据本发明的一实施例，乙二醇和水在混合溶液中的体积比为1∶1。
根据本发明的一实施例，三聚氰胺、异氟尔酮二胺以及1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐的质量百分比分别为2％～3％三聚氰胺、12％～15％异氟尔酮二胺以及6％～8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐。
一种循环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的反应釜中，在超声波作用下处理，制得所述循环水缓蚀阻垢剂。
根据本发明的一实施例，所述步骤S200中的超声波的功率为100w～500w，超声波的处理时间为2h～5h。
根据本发明的一实施例，所述超声波的功率为300w，超声波的处理时间为3h。
本发明的有益效果为：
1、在所述循环水缓蚀阻垢剂中的三聚氰胺和异氟尔酮二胺在循环冷却水系统中形成预膜缓蚀结构，不仅通过三聚氰胺中的极性吸附基在管道材质表面形成一层致密保护膜，还可通过异氟尔酮二胺中的疏水基阻止水和溶解氧等向金属表面扩散从而有效隔绝与氧气接触来抑制腐蚀反应；
2、聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸得以与水中的Ca2+、Mg2+等离子发生螯合反应，特别是在高温条件下其阻垢效果显著，而且通过聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸与冷却循环水中水垢互相作用，得以使形成的水垢逐渐消失，有效去除已经形成的水垢；
3、花青素和茶多酚两者通过协同作用，一方面利用结构中含有的羟基与水中的钙、镁离子生成络合物，阻止锅炉水中钙、镁离子形成水垢，也可减少冷却水中硫酸钙的沉积，起到分散作用；另一方面两者可加速三聚氰胺与异氟尔酮二胺在循环冷却水系统的金属管道如碳钢表面生成预膜缓蚀结构，以用于加强缓释功能，并利用其在碱性介质中易吸氧可较好地抑制氧腐蚀。
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。
一种循环水缓蚀阻垢剂主要由聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸、花青素、茶多酚、三聚氰胺、异氟尔酮二胺、乙二醇和水组成。
其中，在所述循环水缓蚀阻垢剂中的三聚氰胺和异氟尔酮二胺在循环冷却水系统中形成预膜缓蚀结构，不仅通过三聚氰胺中的极性吸附基在管道材质表面形成一层致密保护膜，还可通过异氟尔酮二胺中的疏水基阻止水和溶解氧等向金属表面扩散从而有效隔绝与氧气接触来抑制腐蚀反应。
其中，聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸得以与水中的Ca2+、Mg2+等离子发生螯合反应，特别是在高温条件下其阻垢效果显著，而且通过聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸与冷却循环水中水垢互相作用，得以使形成的水垢逐渐消失，有效去除已经形成的水垢。
其中，花青素和茶多酚两者通过协同作用，一方面利用结构中含有的羟基与水中的钙、镁离子生成络合物，阻止锅炉水中钙、镁离子形成水垢，也可减少冷却水中硫酸钙的沉积，起到分散作用；另一方面两者可加速三聚氰胺与异氟尔酮二胺在循环冷却水系统的金属管道如碳钢表面生成预膜缓蚀结构，以用于加强缓释功能，并利用其在碱性介质中易吸氧可较好地抑制氧腐蚀。
所述循环水缓蚀阻垢剂还包含1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐。
其中，1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐可协助三聚氰胺和异氟尔酮加速循环冷却水系统管道表面防腐预膜缓蚀结构的形成，同时1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐还可强化对高浓度强腐蚀性离子如SO4 2-、Cl-的防腐、防蚀、防结垢。
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：10％～25％聚丙烯酰胺、10％～20％2-羟基膦酸基乙酸、5％～20％聚环氧琥珀酸、5％～15％花青素、10％～20％茶多酚、1％～10％三聚氰胺、10％～20％异氟尔酮二胺、5％～10％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。
其中，乙二醇和水在混合溶液中的体积比为1∶1。
其中，三聚氰胺、异氟尔酮二胺以及1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐的质量百分比分别为2％～3％三聚氰胺、12％～15％异氟尔酮二胺以及6％～8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐。
一种循环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的反应釜中，在超声波作用下处理，制得所述循环水缓蚀阻垢剂。
其中，所述步骤S200中的超声波的功率为100w～500w，超声波的处理时间为2h～5h。
优选地，所述超声波的功率为300w，超声波的处理时间为3h。
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，同时节约了补充水和减轻了工厂水处理的负担。
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。
所述循环水缓蚀阻垢剂可在高浓缩倍率、强腐蚀条件：如在含盐量高、COD难处理物含量高存在条件下能保持优异的缓蚀阻垢效果。特别是当采用工业废水作为冷却循环水的补充用水时能达到难结垢、难腐蚀的效果。
在测定产品缓蚀阻垢性能时，将制备的产品用于Q255钢片旋转挂片实验。实验条件为Ca2＋浓度4000mg/L，Mg2＋浓度8000mg/L，SO4 2-浓度6000mg/L，pH值为9，产品加入浓度15mg/L，温度70℃，恒温120h后测定其缓蚀阻垢效果。
实施例一
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：20％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、5％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、10％三聚氰胺、20％异氟尔酮二胺，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为85.2％，阻垢率为82.3％。
实施例二
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：25％聚丙烯酰胺、20％2-羟基膦酸基乙酸、5％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、5％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为83.1％，阻垢率为81.6％。
实施例三
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：18％聚丙烯酰胺、13％2-羟基膦酸基乙酸、5％聚环氧琥珀酸、9％花青素、20％茶多酚、10％三聚氰胺、20％异氟尔酮二胺、5％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为94.6％，阻垢率为95.5％。
实施例四
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：16％聚丙烯酰胺、13％2-羟基膦酸基乙酸、5％聚环氧琥珀酸、8％花青素、18％茶多酚、10％三聚氰胺、20％异氟尔酮二胺、10％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为95.1％，阻垢率为96.3％。
实施例五
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：23％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为99.6％，阻垢率为99.8％。
实施例六
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：22％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、19％茶多酚、10％三聚氰胺、12％异氟尔酮二胺、6％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为94.1％，阻垢率为93.7％。
实施例七
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：25％聚丙烯酰胺、20％2-羟基膦酸基乙酸、5％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、2％三聚氰胺、12％异氟尔酮二胺、6％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为98.6％，阻垢率为99.0％。
由实施例一至实施例七对比可知，三聚氰胺、异氟尔酮二胺以及1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐在所述循环水缓蚀阻垢剂的优选质量百分比分别为2％～3％三聚氰胺、12％～15％异氟尔酮二胺以及6％～8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐。
实施例八
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：10％聚丙烯酰胺、10％2-羟基膦酸基乙酸、20％聚环氧琥珀酸、15％花青素、19％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为99.3％，阻垢率为99.4％。
实施例九
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：20％聚丙烯酰胺、20％2-羟基膦酸基乙酸、10％聚环氧琥珀酸、10％花青素、14％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为99.5％，阻垢率为99.7％。
实施例十
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：19％聚丙烯酰胺、20％2-羟基膦酸基乙酸、20％聚环氧琥珀酸、5％花青素、10％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理3h，其测定的缓蚀率为98.3％，阻垢率为98.2％。
实施例十一
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：23％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在100w的超声波作用下处理2h，其测定的缓蚀率为94.3％，阻垢率为94.7％。
实施例十二
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：23％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在100w的超声波作用下处理5h，其测定的缓蚀率为95.9％，阻垢率为96.0％。
实施例十三
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：23％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在500w的超声波作用下处理2h，其测定的缓蚀率为97.8％，阻垢率为98.2％。
实施例十四
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：23％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在500w的超声波作用下处理5h，其测定的缓蚀率为97.9％，阻垢率为98.3％。
实施例十五
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：23％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理1h，其测定的缓蚀率为98.2％，阻垢率为98.4％。
实施例十六
所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：23％聚丙烯酰胺、15％2-羟基膦酸基乙酸、6％聚环氧琥珀酸、10％花青素、20％茶多酚、3％三聚氰胺、15％异氟尔酮二胺、8％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。将上述各组分混合均匀后，在300w的超声波作用下处理5h，其测定的缓蚀率为99.2％，阻垢率为99.3％。
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 (8)

1.一种循环水缓蚀阻垢剂，其特征在于，其主要由聚丙烯酰胺、2-羟基膦酸基乙酸、聚环氧琥珀酸、花青素、茶多酚、三聚氰胺、异氟尔酮二胺、乙二醇和水组成。
2.根据权利要求1所述的循环水缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述循环水缓蚀阻垢剂还包含1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐。
3.根据权利要求2所述的循环水缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述循环水缓蚀阻垢剂组成原料的质量百分比为：10％～25％聚丙烯酰胺、10％～20％2-羟基膦酸基乙酸、5％～20％聚环氧琥珀酸、5％～15％花青素、10％～20％茶多酚、1％～10％三聚氰胺、10％～20％异氟尔酮二胺、5％～10％1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐，其余为乙二醇和水的混合溶液。
4.根据权利要求3所述的循环水缓蚀阻垢剂，其特征在于，乙二醇和水在混合溶液中的体积比为1∶1。
5.根据权利要求4所述的循环水缓蚀阻垢剂，其特征在于，三聚氰胺、异氟尔酮二胺以及1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐的质量百分比分别为2～3％的三聚氰胺、12％～15％的异氟尔酮二胺以及6％～8％的1-辛基-3-甲基咪唑鎓脯氨酸盐。
6.一种如权利要求3～5中任一所述的循环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的反应釜中，在超声波作用下处理，制得所述循环水缓蚀阻垢剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S200中的超声波的功率为100w～500w，超声波的处理时间为2h～5h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述超声波的功率为300w，超声波的处理时间为3h。
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