CN108840451A - 前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料及其制备方法，其特点是将聚天冬氨酸钠与水混合溶解成水溶液，在水溶液中，聚天冬氨酸钠溶液浓度是5%‑40%；将前述中的水溶液与多孔材料混合搅拌均匀，然后烘干，得到烘干物，烘干温度是：40‑80℃，水溶液与多孔材料的比例是：1‑3：1；将烘干物与包覆材料混合均匀，经造粒机造粒，然后干燥及切粒得到阻垢缓蚀料，烘干物与包覆材料的比例是：1‑5：1；将聚磷酸盐与步骤三中得到的阻垢缓蚀料混合，得到本发明的阻垢缓蚀剂滤料，聚磷酸盐与阻垢缓蚀滤料的比例是：1‑5：1。其优点为：通过阻垢缓蚀剂滤料缓慢向水体中释放阻垢缓蚀剂，实现对热胆内部水的阻垢，减少内胆的腐蚀，延长热水器使用寿命。

Description

前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电热水器用的前置过滤器，尤其涉及一种前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料及其制备方法。

背景技术

电热水器的出现给人们生活带来了诸多便利，但是用的时间一长，电热水器的内胆壁上就会形成水垢。众多周知，水垢对于产品的危害是很大的，也给家人健康存在威胁。水垢长期沉淀和积累水中的重金属、灰尘、病菌、虫卵尸体等的沉淀物，使水中的有害物质不断增加，可能导致皮肤过敏，引发多种皮肤病的发生。水垢的导热性很差，仅为铜、铁等金属的十分之一到数百分之一，如果电热水器的加热管上附着了大量的水垢，极大的影响加热效率，增加能耗。有水垢时，加热管的热量由于受到水垢的阻挡，很难传递给水，因而温度会急剧升高，强度显着下降。缩短使用寿命：为了除垢需要经常清洗，因而增加检修费用，不仅耗费人力、物力、财力，而且由于经常采用机械方法与化学方法除垢，会使受热面受到损伤，大大缩短热水器的使用年限。

热水器的使用寿命取决于内胆的使用寿命，而内胆的寿命主要取决于材质，制作工艺以及防腐蚀的保护效果等。从材质上讲，内胆分为不锈钢内胆、热镀锌内胆和搪瓷内胆等，其中搪瓷内胆今年逐步占市场主流，其表面的搪瓷为分金属材料，不生锈且耐压能力较高，但搪瓷内胆不可避免的存在一些搪瓷缺陷，如孔洞、裂口、裂缝以及搪瓷皮下缺陷，随着时间的延长，都有可能因孔蚀或缝隙腐蚀造成内胆渗漏。

热水器内胆腐蚀主要是在局部搪瓷不理想的情况下发生的，因此钢板就裸露在气体和水中，并且其在受压、加热的条件下，就会发生腐蚀，合热水器内胆结构，热水器内胆可能存在应力腐蚀、电化学腐蚀和缝隙腐蚀等，其中电化学腐蚀占较大比重。为了减缓这种电化学腐蚀，市场上很多厂家采用镁棒来做牺牲阳极，以防止热胆的腐蚀。虽然热水器内胆上预装了防腐蚀的镁棒，但由于热水器内胆内部的水垢无法及时清理，加上镁棒本身的存在就会增加水垢的形成（镁离子增加），导致镁棒表面形成了较为致密的水垢层，大大增加了镁阳极的接水电阻。从电化学保护的角度来说，要定期清理热水器内胆，使用一段时间后要去除水垢或者采用抑制内胆结垢的方式。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料及其制备方法，通过阻垢缓蚀剂滤料缓慢向水体中释放阻垢缓蚀剂聚天冬氨酸钠，阻碍水中碳酸钙等沉淀物的形成，实现对热胆内部水的阻垢，减少内胆的腐蚀，延长热水器使用寿命。

为了达到上述目的，本发明的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料的技术方案是这样实现的，其特征在于包括聚磷酸盐和阻垢缓蚀滤料，所述聚磷酸盐与阻垢缓蚀滤料的比例是：1-5：1；所述阻垢缓蚀滤料包括聚天冬氨酸钠、多孔材料及包覆材料，所述聚天冬氨酸钠、多孔材料及包覆材料比例是：0.5-3:2-8:1-6。

在本技术方案中，所述多孔材料为活性炭、陶瓷球、活性氧化铝的一种。

在本技术方案中，所述包覆材料为环氧树脂固化剂、丙烯酸树脂中的一种。

在本技术方案中，所述环氧树脂固化剂包括环氧树脂、固化剂及稀释剂，所述环氧树脂、固化剂及稀释剂比例是：1∶0.1-0.3∶0.2-5。

为了达到上述目的，本发明的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料的制备方法的技术方案是这样实现的，其特征在于制备方法如下：

步骤一

将聚天冬氨酸钠与水混合溶解成水溶液，在水溶液中，聚天冬氨酸钠溶液浓度是5%-40%；

步骤二

将步骤一中的水溶液与多孔材料混合搅拌均匀，然后烘干，得到烘干物，烘干温度是：40-80℃，水溶液与多孔材料的比例是：1-3：1；

步骤三

将烘干物与包覆材料混合均匀，经造粒机造粒，然后干燥及切粒得到阻垢缓蚀料，烘干物与包覆材料的比例是：1-5：1；

步骤四

将聚磷酸盐与步骤三中得到的阻垢缓蚀料混合，得到本发明的阻垢缓蚀剂滤料，聚磷酸盐与阻垢缓蚀滤料的比例是：1-5：1。

本发明与现有技术相比的优点为：通过阻垢缓蚀剂滤料缓慢向水体中释放阻垢缓蚀剂，实现对热胆内部水的阻垢，减少内胆的腐蚀，延长热水器使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

实施例一

步骤一

将10ml的40%浓度的聚天冬氨酸钠溶液与90ml的水混合，搅拌均匀，配置成100ml的4%浓度的聚天冬氨酸钠的水溶液，

步骤二

将100g80目的活性炭放入步骤一所得到的水溶液中、搅拌均匀，40℃烘干，得到载药后的活性炭粉末；

步骤三

将步骤二中所得到的100g的活性炭粉末与30ml的聚丙烯酸树脂混合，搅拌均匀，对活性炭粉末进行表面包覆；将活性炭与树脂混合物放入螺杆挤出机中，进行挤压造粒；使用接收盘接收挤出的颗粒，摊放均匀，放入烘箱中于40℃下进行烘烤干燥2小时；将烘干后的材料进行包装，最终可得到约150g的阻垢缓蚀剂滤料；

步骤四

将200g的聚磷酸盐与步骤三中的150g的阻垢缓蚀剂滤料混合，得到本发明的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料

实施例二

步骤一

将30m的l40%浓度的聚天冬氨酸钠溶液与70ml的水混合，搅拌均匀，配置成100ml 的12%浓度的额聚天冬氨酸钠的水溶液；

步骤二

再将100g的活性氧化铝放入步骤一所得到的水溶液中，搅拌均匀，烘干，得到载药后的活性氧化铝粉末；

步骤三

将步骤二中所得到的100g的活性氧化铝与100ml的环氧树脂固化剂混合，搅拌均匀，对活性氧化铝粉末进行表面包覆；将活性氧化铝与树脂混合物放入螺杆挤出机中，进行挤压造粒；使用接收盘接收挤出的颗粒，摊放均匀，放入烘箱中于60℃下进行烘烤干燥1小时；将烘干后的材料进行包装，最终可得到约150g的阻垢缓蚀剂滤料；所述环氧树脂固化剂包括环氧树脂、固化剂及稀释剂，所述环氧树脂、固化剂及稀释剂的比例是：1∶0.2∶1；

步骤四

将350g的聚磷酸盐与步骤三中的150g的阻垢缓蚀剂滤料混合，得到本发明的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料

实施例三

步骤一

将50ml的40%浓度的聚天冬氨酸钠溶液与50ml水混合，搅拌均匀，配置成100ml 20%浓度的聚天冬氨酸钠的水溶液；

步骤二

再将100g的陶瓷球放入步骤一所得到的水溶液中、搅拌均匀，烘干，得到载药后的陶瓷球；

步骤三

将步骤二所得到的100g载药后的陶瓷球与50ml聚丙烯酸树脂混合，搅拌均匀，对陶瓷球进行表面包覆；将陶瓷球与树脂混合物放入螺杆挤出机中，进行挤压造粒；使用接收盘接收挤出的颗粒，摊放均匀，放入烘箱中于80℃下进行烘烤干燥40分钟；将烘干后的材料进行包装，最终可得到约150g的阻垢缓蚀剂滤料；

步骤四

将500g的聚磷酸盐与步骤三中的150g的阻垢缓蚀剂滤料混合，得到本发明的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料。

以上三个实施例中所得到的阻垢缓蚀剂滤料，在使用中，聚磷酸盐在水中浓度约3-5ppM时，形成可溶性络合物和难溶性纳米级膜来起阻垢和防腐作用。一般情况下，水中含有的钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)等金属离子，容易在供水管道内壁形成碳酸钙、碳酸镁等不溶性物质，而当饮用水中含有一定浓度的聚磷酸盐时，其可以与上述金属离子反应形成可溶性络合物，从而抑制碳酸钙与碳酸镁的生成，并将其分散到水中。当硅磷精与水体中的铁离子反应后，会在管道内壁形成动态保护膜，起到一定的防腐蚀作用。反应如下：

Na₂[Na₄(PO₃)₆]+CaX→Na₂[Na₂Ca(PO₃)₆]+Na₂X

Na₂[Na₂Ca(PO₃)₆]+CaX→Na₂[Ca₂(PO₃)₆]+Na₂X (可溶性络合物)

Fe(OH)₂+Na₂[Ca₂(PO₃)₆] →FeCa₂(PO₃)₆+NaOH (难溶性膜)

聚天冬氨酸（PASP）作为一种新型绿色水处理剂，它的主要作用是阻垢和分散，兼有缓蚀作用。聚天冬氨酸可以螯合钙、镁等金属离子，尤其能够改变钙盐晶体结构，使其形成软垢。特别适合于抑制冷却水、锅炉水及反渗透处理中的碳酸钙垢、硫酸钙垢、硫酸钡垢和磷酸钙垢的形成。其阻垢机理如下：

在PH<8.0的水溶液中体系中，聚天冬氨酸对碳酸钙的阻垢机理是：一部分Ca离子与聚天冬氨酸的-COO-成盐，另外有极少的Ca离子与聚天冬氨酸形成铬合物；Ca离子与聚天冬氨酸结合后，聚天冬氨酸中庞大的疏水基团阻隔了Ca离子与CO₃离子的接触，起到了很好的阻垢作用。聚天冬氨酸对碳酸钙之所以具有优异的阻垢性，是因为聚天冬氨酸使碳酸钙晶体发生畸变，碳酸钙由规则的六面体变为不规则形状，使碳酸钙晶体难以有规则排列而沉积成垢。利用SEM技术对碳酸钙在不同条件下的垢 型变化进行分析，认为聚天冬氨酸的分子结构中同时存在酰氨键和羧基键，集中性型和阴离子型阻垢剂于一身，加入5ml聚天冬氨酸后，由于它可以和2个或多个Ca离子螯合形成稳定的五元环或六元环，以及双五（六）元环等形式的立体结构的双环或多环螯合物，这些大分子的多环络合物是疏松的，可以分散在水中或混入钙垢中，干扰了Ca CO₃晶体的正常生长，而且还使Ca CO₃垢 的晶体结构发生很大的畸变。碳酸钙垢的（211）晶面上含有相等数量的Ca原子和O原子，因此处在晶体表面的Ca离子可以与同表面上的CO₃离子中的O原子及晶体本体内的1个O原子配位，此时还剩1个八面体顶点，成为晶面上的暴露点。关于聚天冬氨酸的改性研究，认为含膦酰基聚天冬氨酸衍生物N-（2-膦酰基甲基）天冬酰氨酸/天冬氨酸菜聚物的阻垢机理是：处于聚天冬氨酸分子侧链上膦酰基可以提供配位电子与Ca CO₃晶体表面的Ca离子配位化学键，牢固地吸附在表面，改变晶体正常状态，从而阻碍其成长较大的结晶。

聚天冬氨酸作为金属缓蚀剂可有效防止金属的腐蚀。聚天冬氨酸（PASP）。聚天冬氨酸在pH处于10以上时能得到较好的缓蚀效果。pH处于8～9时较低浓度的聚天冬氨酸在海水中有较好的缓蚀效果。聚天冬氨酸分别与有机磷、钨酸钠、季铵盐、锌盐、钼酸盐、氧化淀粉等复配，可以取得更好的缓蚀效果，其缓蚀的作用机理如下：

从聚天冬氨酸的分子结构看，实际上是一种水溶性的大分子多肽链，以肽链（-CO-NH-）来增长肽链，其中的极性基团较多有羧基、羰基、氨基和氮氢基，由于羰基中的氧原子和氮原子都含有孤对电子，而且数量较多，羰基中的氧原子还含有P键，均可与Cu原子的d空轨道产生化生吸附，使这些极性基团在金属表面作定向排列；而非极性基团则产生较大的空间位阻作用，阻碍H离子向金属表面扩散而抑制阴极的还原反应，因此阻碍阳极金属的腐蚀。另外，聚天冬氨酸和Cu原子形成螯合物吸附在铜表面抑制了铜的腐蚀。由于聚天冬氨酸的极性基团（-COOH,- NH₂） 吸附于金属表面，改变了双电层的结构，提高了金属离子化的活化能；而非极性基团（由C,H原子组成）远离金属表面作定向排布，形成一层疏水膜，成为腐蚀反应物扩散的屏障，使腐蚀反应受到抑制。

以上结合实施例对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料，其特征在于包括聚磷酸盐和阻垢缓蚀滤料，所述聚磷酸盐与阻垢缓蚀滤料的比例是：1-5：1；所述阻垢缓蚀滤料包括聚天冬氨酸钠、多孔材料及包覆材料，所述聚天冬氨酸钠、多孔材料及包覆材料比例是：0.5-3:2-8:1-6。

2.根据权利要求1所述的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料，其特征在于所述多孔材料为活性炭、陶瓷球、活性氧化铝的一种。

3.根据权利要求1所述的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料，其特征在于所述包覆材料为环氧树脂固化剂、丙烯酸树脂中的一种。

4.根据权利要求3所述的前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料，其特征在于所述环氧树脂固化剂包括环氧树脂、固化剂及稀释剂，所述环氧树脂、固化剂及稀释剂比例是：

1∶0.1-0.3∶0.2-5。

5.一种前置过滤器的阻垢缓蚀剂滤料的制备方法，其特征在于制备方法如下：

步骤一

将聚天冬氨酸钠与水混合溶解成水溶液，在水溶液中，聚天冬氨酸钠溶液浓度是5%-40%；

步骤二

将步骤一中的水溶液与多孔材料混合搅拌均匀，然后烘干，得到烘干物，烘干温度是：40-80℃，水溶液与多孔材料的比例是：1-3：1；

步骤三

将烘干物与包覆材料混合均匀，经造粒机造粒，然后干燥及切粒得到阻垢缓蚀料，烘干物与包覆材料的比例是：1-5：1；

步骤四

将聚磷酸盐与步骤三中得到的阻垢缓蚀料混合，得到本发明的阻垢缓蚀剂滤料，聚磷酸盐与阻垢缓蚀滤料的比例是：1-5：1。