CN106277376A - 一种用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯及其制备方法，所述缓蚀剂为五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，其化学式为：C5H7[OCOCH2CH(COOH)SC(NH)NH2]5。本发明提供的五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，具有无磷、生物可降解、无毒、成本低、处理效果好的特点，适用于去离子水系统的缓蚀处理。

Description

一种用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五 醇酯及其制备方法
技术领域
本发明属于工业水处理技术领域，具体涉及一种用于去离子水循环冷却系统的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯及其制备方法。
背景技术
随着水资源的日益紧张，为了节约用水，占工业用水总量70～80％的循环冷却系统的浓缩倍数不断提高。随着浓缩倍数的提高，结垢问题越来越严重，同时细菌滋生、垢下腐蚀等问题也更为突出。因此使用去离子水作为循环冷却水系统补充水，是近年来节约循环冷却水的重要措施之一。此外在某些行业，由于被冷却的装置特殊或介质的温度高等原因，常常需要用去离子水作为循环冷却水的水质，如钢铁行业的连铸结晶器的循环冷却水、核能发电系统的循环冷却水、冶金行业氧枪的循环冷却水、浮法玻璃生产线的循环冷却水、中央空调系统的循环冷却水。
去离子水的钙离子浓度极低或几乎不含钙、pH5～7、电导率≤2.0μs·cm-1。这类水的显著特点是无垢、低碱，由于没有垢层的保护，水中溶解氧直接与金属接触，表现出强腐蚀性。历史上曾经用高浓度的铬酸盐或亚硝酸盐对这类水质进行缓蚀处理，这种方法虽然处理效果好，但由于铬酸盐和亚硝酸盐属于致癌物质，对环境污染严重，已被禁止使用。
现有缓蚀剂主要有金属盐类缓蚀剂（如钼酸盐、钨酸盐）、硅酸盐类缓蚀剂、有机膦缓蚀剂。贵金属钼酸盐及钨酸盐，虽然可用于去离子水缓蚀且无毒，但用量大（甚至高达1500 mg·L-1），处理成本高。硅酸盐是一种沉淀膜型缓蚀剂，可用于去离子水缓蚀，其价廉、无毒，但剂量不足时易产生点蚀，剂量过多或控制不好易产生难于清洗处理的硅垢。有机膦类需要与氯化钙配合使用才能发挥缓蚀效果，因此对去离子水的缓蚀性能不佳，而且含磷，会导致水体富营养化。
现有的技术中，能够满足去离子水质的循环冷却水系统的缓蚀要求的缓蚀剂较少，且由于成本、用量、效果等因素，并未获得广泛的应用，因此亟待满足去离子水质的循环冷却水系统新型无磷环保型缓蚀剂。
为了达到环保及高效的目的，本发明将异硫脲基枝接于五琥珀酸戊五醇酯的分子中，得到的五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，在较低剂量下可以达到良好的缓蚀效果，该无磷环保型的缓蚀剂目前还没未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无磷、高效、安全的用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯。
为实现上述目的，本发明提出的用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，所述异硫脲基琥珀酸戊五醇酯和化学式为：C5H7[OCOCH2CH(COOH)SC(NH)NH2]5 ，结构式为：
。
本发明提出的用于去离子水质的异硫脲基琥珀酸戊五醇酯的制备方法，具体步骤如下：
（１）将冰醋酸加入带有搅拌、回流冷凝管和温度计的四口圆底烧瓶中，加入戊五醇溶解后，再加入马来酸酐，溶解后升温至80~90 °C，在氮气保护及搅拌条件下，反应4~8 h，得到五琥珀酸木糖醇酯的冰醋酸溶液。反应方程式如下：
（2）将步骤（1）制得的五琥珀酸木糖醇酯的冰醋酸溶液，冷却至小于20℃。然后在搅拌下缓慢加入硫脲，于25~30℃、氮气保护下反应20~24 h，过滤，滤饼于90~110℃下真空干燥，得到五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯。反应方程式如下：
。
本发明中，步骤（1）中，戊五醇、马来酸酐的摩尔比为1:5.1~1:5.2。
本发明中，步骤（2）中，五琥珀酸戊五醇酯、硫脲的摩尔比为1:5.1~6.0。
本发明中，所用的马来酸酐、硫脲、冰醋酸均为市售的产品。
本发明中，所用的戊五醇的分子式为C5H12O5，化学名称为1,2,3,4,5-五羟基戊烷，包括内消旋木糖醇、DL-阿拉伯糖醇、D(+)-阿拉伯糖醇或L(-)-阿拉伯糖醇中的任一种。
本发明制得的五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，能有效地抑制去离子水中碳钢的腐蚀。五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯作为去离子水系统的缓蚀剂使用时，五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯的投加浓度为20~30 mg·L-1，即可达到良好的缓蚀效果。
本发明提供的用于去离子水系统中的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，与现有的技术相比具有如下优点：（1）本发明的环保型缓蚀剂不含磷，降低了水体富营养化的风险。（2）本发明的环保型缓蚀剂为生物可降解产品，属于环境友好产品，不存在对水体的危害。（3）本发明的环保型缓蚀剂不含铬酸盐、亚硝酸盐等这类适用于去离子水质的有毒缓蚀剂，使用安全，有利于保护环境；不含钼酸盐、钨酸盐这类价格昂贵的适用于去离子水质的缓蚀剂，使复合配方的价格低廉，降低处理成本；不含硅酸盐，不用考虑系统中产生硅垢的危险。（6）本发明的环保型缓蚀剂用于去离子水循环冷却系统时，无须补钙、补碱、调节pH，简化了操作和管理，同时提高了系统的稳定性与安全性。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案。最后应当说明的是，以下实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
下面的对比例1~2均为市售的缓蚀剂。
对比例1：乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMP，固含量28%）。
对比例2：2-磷酸基-1, 2, 4-三羧酸丁烷（PBTCA，固含量50%）。
对比例3：多氨基多醚基亚甲基膦酸（PAPEMP，固体含量48%）。
对比例4：硫脲。
实施例1：五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯的制备
将90.00 g冰醋酸加入带有搅拌、回流冷凝管和温度计的四口圆底烧瓶中，然后加入15.22 g（0.1 mol）木糖醇，搅拌溶解。然后加入51.00 g（0.52 mol）马来酸酐，搅拌溶解后升温至85℃，氮气保护及搅拌条件下，反应4 h。降温至20℃，加入39.50 g（0.52 mol）硫脲，于30℃、氮气保护条件下，反应24 h。过滤，于95℃下真空干燥，得到95.68 g白色粉末状产物，即为五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，收率93.62%。所得五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯核磁共振13CNMR（D2O）图谱：34.611，36.781，38.126，60.2.13，69.152，71.368，155.716，175.499，178.901 ppm。
实施例2 性能测试实验
本实施例是对上述实施例1制得的五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，及对比例1~4的市售缓蚀剂进行缓蚀性能评价。实验用水为反渗透制得的去离子水，pH 5.8，电导率1.2 μs/cm。
缓蚀实验评价方法按照《中华人民共和国国家标准GB/T18175－2000，水处理剂缓蚀性能的测定——旋转挂片法》进行。实验仪器为RCC-II型旋转挂片腐蚀测试仪，实验条件：温度45℃，转速75r/min，不预膜挂片，时间72小时。碳钢试片：20# 碳钢，50mm×25mm×2mm。同时做空白实验。
性能测试实验结果见表1，结果表明：本发明所提供的五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯具有优良的抑制去离子水中碳钢的腐蚀性能，比市售的传统缓蚀剂有更高的缓蚀效率，并且本发明的五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯无磷、生物可降解，是一种绿色环保型缓蚀剂。
表1 缓蚀性能测试结果

Claims (6)

1.一种用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，其特征在所述五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯的化学式为：C5H7[OCOCH2CH(COOH)SC(NH)NH2]5，结构式为：
。
2.一种如权利要求1所述的用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（１）将冰醋酸加入带有搅拌、回流冷凝管和温度计的四口圆底烧瓶中，加入戊五醇溶解后，再加入马来酸酐，溶解后升温至80~90 °C，在氮气保护及搅拌条件下，反应4~8 h，得到五琥珀酸木糖醇酯的冰醋酸溶液；反应方程式如下：
（2）将步骤（1）制得的五琥珀酸木糖醇酯的冰醋酸溶液，冷却至20℃以下；然后在搅拌下缓慢加入硫脲，于25~30℃、氮气保护下反应20~24 h，过滤，滤饼于90~110℃下真空干燥，得到五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯；反应方程式如下：
。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述戊五醇的分子式为C5H12O5，化学名称为1,2,3,4,5-五羟基戊烷，包括内消旋木糖醇、DL-阿拉伯糖醇、D(+)-阿拉伯糖醇或L(-)-阿拉伯糖醇中的任一种。
4.根据权利要求２所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述戊五醇与马来酸酐的摩尔比为1:5.1~1:5.2。
5.根据权利要求２所述的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述五琥珀酸戊五醇酯与硫脲的摩尔比为1:5.1~6.0。
6.根据权利要求1所述的用于去离子水质的环保型缓蚀剂五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯，其特征在于五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯作为去离子水系统的缓蚀剂使用时，五异硫脲基琥珀酸戊五醇酯的投加浓度为20~30 mg·L-1，即可达到良好的缓蚀效果。
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