CN106396136A

CN106396136A - 一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂及其制备方法

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Publication number: CN106396136A
Application number: CN201610840566.4A
Authority: CN
Inventors: 葛红花; 周宏旺; 吴凯; 王峰; 杜淼; 李双圻
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2017-02-15

Abstract

本发明提供了一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂，为片状氧化石墨烯的水溶液，其浓度为0.001g/L~10g/L，粒径范围为15‑800nm。本发明还提供了上述阻垢剂的制备方法，在冷却水中加入片状氧化石墨烯阻垢剂，然后经过磁力搅拌、超声分散后得到片状氧化石墨烯水溶液。本发明通过将氧化石墨烯阻垢剂加入到工业循环冷却水中，当冷却水中成垢离子浓度较大、出现结垢现象时，氧化石墨烯可以包覆在成垢颗粒（如碳酸钙）表面，并改变碳酸钙等成垢物质的晶体类型，形成絮状软垢，从而使水中碳酸钙等成垢物质不容易粘附在热交换设备的金属表面，并随冷却水系统的排污而除去，达到阻垢目的。

Description

一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂及其制备方法

技术领域

本发明属于工业水处理领域，涉及一种应用于工业冷却水体系的新型阻垢剂及其制备方法。

背景技术

工业循环冷却水系统在运行过程中常发生结垢、腐蚀等问题，特别是在浓缩倍率提高以后，随着成垢离子浓度的增大，这些问题显得尤为突出，目前通常采用添加水处理药剂的方法来控制。阻垢剂是循环冷却水系统水处理药剂的重要组成部分，目前常用的阻垢剂为聚合磷酸盐、有机膦酸盐、有机低分子量聚合物等有机物质，这些物质的使用对循环冷却水系统的安全、经济运行起到了巨大作用。然而，有机阻垢剂的使用不可避免的造成了环境污染。氧化石墨烯是一种新型材料，其应用领域十分广泛。随着氧化石墨烯的产业化，其生产成本在逐渐降低。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种应用于工业冷却水体系的新型阻垢剂及其制备方法，所述的这种应用于工业冷却水体系的新型阻垢剂及其制备方法要解决现有技术中的有机阻垢剂容易造成环境污染的技术问题。

本发明提供了一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂，为片状氧化石墨烯的水溶液，其浓度为0.001g/L ~10g/L，片状氧化石墨烯的粒径范围为15-800nm。

进一步的，片状氧化石墨烯的水溶液的浓度分别为10~200 mg/L。

进一步的，片状氧化石墨烯的水溶液的浓度分别为50 mg/L。

进一步的，在冷却水中加入片状氧化石墨烯阻垢剂，使其浓度为0.001g/L ~10g/L，然后经过磁力搅拌1~3小时、超声分散1000~2000min后，得到粒径范围为15-800nm的片状氧化石墨烯水溶液。

具体的,所述的冷却水是指通过换热器交换热量、用于带走系统中多余热量的、起到冷却作用的水。

本发明还提供了上述的阻垢剂在工业冷却水系统中应用。

进一步的，所述的工业冷却水系统的冷却介质为淡水、半咸水或海水。

进一步的，所述的工业冷却水系统中，冷却管材料黄铜、不锈钢、碳钢或钛管。

本发明可以用于工业冷却水系统，也可应用于其它热交换系统如锅炉、供热系统等易结垢系统。本发明的阻垢剂可以抑制碳酸钙等成垢颗粒在热交换金属表面的附着，并使成垢颗粒以絮状软垢的形式通过排污管道排出。从而可以显著提高热交换系统的运行效率，起到节能降耗的作用。

本发明通过将一定量的氧化石墨烯加入到水体中，经过超声处理后得到一定浓度的片状氧化石墨烯阻垢剂，将片状氧化石墨烯阻垢剂加入到工业循环冷却水中，片状氧化石墨烯对冷却水中生成的成垢颗粒具有包覆作用，并改变碳酸钙等成垢颗粒的晶体类型，形成絮状软垢，避免在热交换金属表面生成硬垢，从而使水中碳酸钙等成垢物质不容易粘附在热交换设备的金属表面，并随冷却水系统的排污而除去，达到阻垢目的，还可以在一定程度上除去水中的部分重金属离子。同时氧化石墨烯可以提高流体的导热系数，进一步提高流体的换热效果。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明将氧化石墨烯阻垢剂加入到工业循环冷却水中，当冷却水中成垢离子浓度较大、出现结垢现象时，氧化石墨烯可以包覆在成垢颗粒（如碳酸钙）表面，并改变碳酸钙等成垢物质的晶体类型，形成絮状软垢，从而使水中碳酸钙等成垢物质不容易粘附在热交换设备的金属表面，并随冷却水系统的排污而除去，达到阻垢目的。因此，这种氧化石墨烯阻垢剂在工业循环冷却水、锅炉及管道用水、中央空调冷却用水等多领域有很好的应用前景。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进一步详细描述，但并不限制本发明。

本实施例中所用的模拟冷却水主要组成为： 20mg/L Ca²⁺，6mg/L Mg²⁺，122mg/LHCO₃ ^-，360mg/L SO₄ ^2-，300mg/L Cl^-，380mg/L Na⁺。

本发明实施例中所用的氧化石墨烯片由实验室制得。阻垢剂性能评价采用挂片法，即在实验溶液中，将成垢溶液水温升高到50℃，根据挂片表面结垢量的多少来计算阻垢率。

阻垢剂的阻垢率按照下式计算：

其中：为阻垢剂阻垢率；

为未加阻垢剂时挂片增重，mg；

为加入一定浓度阻垢剂时挂片增重，mg。

实施例1

首先制备氧化石墨烯：向三口圆底烧瓶中加入10.0g石墨、10.0g过硫酸钾、10.0五氧化二磷，缓慢倒入100ml浓硫酸并搅拌，待搅拌均匀后，将温度缓慢升至80℃反应5小时，将反应后的液体，倒入冰水混合物中待溶液放热完全，过滤，用去离子水洗涤完全后，放入温度为80℃真空烘箱中12小时，得到产物为预氧化石墨。预氧化石墨经300ml浓硫酸、60.0g高锰酸钾和50ml双氧水进一步处理后收集沉淀，用（10%，v/v）稀盐酸离心洗涤10次后得到氧化石墨，将氧化石墨超声处理10~180min，得到粒径15-800nm的氧化石墨烯。

实施例2

在分别含0、10、50、100、200 mg/L阻垢剂（氧化石墨烯）的模拟水中，通过结垢实验后不锈钢挂片的增重分别为32.0、11.5、3.1、4.2、6.8 mg，因此可以计算出浓度分别为10、50、100、200 mg/L的氧化石墨烯阻垢剂的阻垢率为64.1%、90.3%、86.9%和78.8%。

通过上述实施例，结果表明采用氧化石墨烯作为阻垢剂，其阻垢率随着浓度的增加先增大后减小，当氧化石墨烯浓度为50 mg/L时其阻垢率达到90.3%。

综上所述，本发明的一种可用于工业冷却水系统的新型阻垢剂，即在冷却水中加入一定浓度的氧化石墨烯，可以抑制成垢颗粒在金属表面的附着。

上述实施例中，使用的实验挂片为不锈钢，即仅以不锈钢为材质进行了说明，但并不限制本发明在以不锈钢、黄铜或碳钢为材料的换热设备上的应用。

另外，上述也仅以氧化石墨烯为说明，即氧化石墨烯在不锈钢材质的热交换设备中使用本发明的一种循环冷却水系中的新型阻垢剂进行了举例说明，但并不限制本发明对于氧化石墨烯的改性而产生的阻垢效果。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂，其特征在于：为片状氧化石墨烯的水溶液，其浓度为0.001g/L ~10g/L，片状氧化石墨烯的粒径范围为15-800nm。

2.根据权利要求1所述的一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂，其特征在于：片状氧化石墨烯的水溶液的浓度分别为10~200 mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂，其特征在于：片状氧化石墨烯的水溶液的浓度分别为50 mg/L。

4.权利要求1所述的一种应用于工业冷却水系统的阻垢剂的制备方法，其特征在于：在冷却水中加入片状氧化石墨烯阻垢剂，使其浓度为0.001g/L ~10g/L，然后经过磁力搅拌1~3小时、超声分散1000~2000min后，得到粒径范围为15-800nm的片状氧化石墨烯水溶液。

5.权利要求1所述的阻垢剂在工业冷却水系统中应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的工业冷却水系统的冷却介质为淡水、半咸水或海水。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述的工业冷却水系统中，冷却管材料黄铜、不锈钢、碳钢或钛管。