CN109987723B - 一种无磷阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无磷阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用，所述缓蚀剂由离子液体基Gemini阳离子表面活性剂、烷基糖苷、聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸四种组分组成。其中，所述烷基糖苷为碳链长度为C₈～C₁₈的烷基糖苷，所述离子液体基Gemini阳离子表面活性剂结构为：

；其中，n=10～16。本发明提出的缓蚀剂是一种高效绿色环保型的阻垢缓蚀剂，可应用于工业循环水处理，抑制常见工业水溶液介质碳钢的腐蚀，且用量少，性质稳定，绿色环保。

Description

一种无磷阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于工业循环水添加剂技术领域，具体涉及一种无磷阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用。

背景技术

工业循环水的用量超过了工业用水量的一半，随着循环水重复利用次数的增加，循环水中的微生物(细菌和藻类)由于养分的浓缩富集而迅速繁殖，既对水体造成了直接污染，也会产生的大量黏泥，附着在金属表面产生结垢阻碍其热传导，显著降低循环冷却效果，同时也会腐蚀设备及管道。通常采用的办法是向工业循环水中添加阻垢缓蚀剂，以解决设备及管道内的结垢、腐蚀问题。目前工业循环水系统中大多使用的是以有机膦酸盐为主要成分的水处理剂，但磷系水处理剂是水中细菌和藻类的营养成分，其排放易引起周围水体的富营养化，造成生态环境的破坏；同时其生物降解性差，也会对环境造成“二次污染”，因此，需要不断地研发新的工业水处理剂来替代目前普遍使用的磷系水处理剂。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种无磷阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用，本发明提供的四组分复配阻垢缓蚀剂，针对工业循环水的结垢问题，通过四种组分的协同增效，采用在工业循环水中添加阻垢缓蚀剂以达到杀菌、抗结垢和菌泥剥离等效果。本发明提供的阻垢缓蚀剂还具有环境友好、易生物降解等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于工业循环水的无磷阻垢缓蚀剂，它是由下述重量份数的原料组成的：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂9～20份、烷基糖苷2～5份、聚环氧琥珀酸4～10份、聚天冬氨酸5～10份。

所述离子液体基Gemini阳离子表面活性剂，它的结构通式如下：

其中，n＝10～16，制备方法如下：

(1)以季铵盐为相转移催化剂，以低碳醇为溶剂，α,ω-二溴代烷与脂肪烷基二甲基叔胺在温度为60℃，α,ω-二溴代烷与脂肪烷基二甲基叔胺物质的量之比为(2～4):1，反应8～10h后，得到中间体N,N-二甲基(1-溴代烷基)脂肪烷基溴化铵；

(2)以季铵盐为相转移催化剂，低碳醇为溶剂溶解N-烷基咪唑，再与中间体N,N-二甲基(1-溴代烷基)脂肪烷基卤化铵进行反应，中间体N,N-二甲基(1-溴代烷基)脂肪烷基溴化铵与N-烷基咪唑的物质的量之比为1:(1.0～1.4)，在60～80℃下反应36～72小时，得到离子液体基Gemini阳离子表面活性剂。

所述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵(TEBA)、四丁基溴化铵(TBAB)、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或烷基三甲基氯化铵。

所述低碳醇为甲醇、乙醇或异丙醇。

所述步骤(1)中的α,ω-二溴代烷为1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷或1,6-二溴已烷。

所述步骤(1)中的脂肪烷基二甲基叔胺为辛烷基二甲基叔胺、癸烷基二甲基叔胺、十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺。

所述步骤(2)中的N-烷基咪唑为N-辛基咪唑、N-癸基咪唑、N-十二烷基咪唑、N-十四烷基咪唑或N-十六基咪唑。

所述烷基糖苷作为渗透剂，所述烷基糖苷为碳链长度为C₁₀～C₁₆的烷基糖苷。

本发明无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，步骤如下：将离子液体基Gemini阳离子表面活性剂、烷基糖苷、聚环氧琥珀酸和聚天冬氨酸按配方称量，依次加入混合搅拌釜中，混合均匀即得成品工业循环水阻垢缓蚀剂。

本发明的无磷阻垢缓蚀剂添加量在工业循环水中的应用：每升工业循环水中的添加量为20～150mg，溶液介质温度为15～30℃。

离子液体基Gemini阳离子表面活性剂的作用机理是：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂在钢铁表面吸附，形成单分子膜或多分子膜，从而阻碍了介质对钢铁的侵蚀。由于Gemini阳离子表面活性剂分子同时具有两个亲油基和两个亲水基，在表面活性剂浓度较低的条件下，主要的吸附方式为Gemini阳离子表面活性剂的两个季铵基团都吸附于钢铁的表面，而在表面活性剂浓度较高的条件下，会造成Gemini阳离子表面活性剂的一个季铵基团吸附于钢铁表面，从而起到缓蚀作用。同时Gemini表面活性剂中季铵阳离子基团通过静电力、氢键以及其与微生物间的疏水结合等作用，吸附带负电的微生物，聚集在细胞壁上，产生室阻效应，抑制微生物生长，可起到杀菌作用；同时疏水的长碳侧链可与微生物发生溶胞作用，破坏其细胞结构，使其溶解和死亡，会对微生物污泥起到剥离作用，可起到阻垢作用。上述特点使其同时起到缓蚀、杀菌和阻垢等作用。Gemini阳离子表面活性剂的电荷密度更大，具有高效、低毒、不易受pH值变化影响等优点。

烷基糖苷为碳链长度为C₁₀～C₁₆的烷基糖苷，是一种非离子表面活性剂，具有渗透速度快，不受水中其他离子种类和浓度以及pH值的影响，有利于促进Gemini阳离子表面活性剂在钢铁表面吸附和进入微生物的细胞，协同增效，提高缓蚀和杀菌效果，也会对微生物污泥起到剥离作用。

聚环氧琥珀酸是一种无氮、非磷有机化合物，兼具阻垢缓蚀双重功效，生物降解性能好。对循环水中的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氟化钙和硅垢有良好的阻垢分散性能，对垢的沉积具有溶限效应，其阻垢机理是：聚环氧琥珀酸对成垢阳离子具有一定的螯合作用，从而封锁部分成垢阳离子，抑制其与阴离子的反应，从而阻止结垢。较低的用量对碳钢即具有一定缓蚀作用，且与氯的相溶性好，与其它药剂配伍性好。

聚天冬氨酸为水溶性聚合物，具有无磷、无毒、无公害和可完全生物降解的特性。对离子有极强的螯合能力，对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙等成垢盐类具有良好的阻垢效果；同时具有分散作用，具有缓蚀与阻垢双重功效。其阻垢机理是：聚天冬氨酸不仅能和水溶液中的Ca²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺等形成稳定的络合物，降低水溶液中的离子浓度，使形成结垢物的可能性减小，同时还能和已形成CaCO₃小晶体中的Ca²⁺作用，阻碍了形成大晶体，阻碍结垢物在金属表面之间形成垢层。聚天冬氨酸与Gemini阳离子表面活性剂复配，可以取得更好的缓蚀效果。

本发明提供的四组分复配阻垢缓蚀剂，针对工业循环水的结垢问题，通过四种组分的协同增效，采用在工业循环水中添加阻垢缓蚀剂以达到缓蚀、杀菌、抗结垢和菌泥剥离等效果。本发明提供的阻垢缓蚀剂还具有环境友好、易生物降解等优点。

附图说明

图1为25℃时不同Gemini表面活性剂浓度下Q235钢片在1mol·L^–1HCl介质中的极化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂的合成方法如下：

(1)将20.19g(0.1mol)1,3-二溴丙烷，20g甲醇加入四口圆底烧瓶中，搅拌下升温至沸腾，加入0.3g四丁基溴化铵，滴加10.67g(0.05mol)N,N-二甲基十二烷基叔胺，维持回流温度，搅拌反应8小时后，减压蒸馏蒸出甲醇，固体用乙酸乙酯洗涤三次，滤饼于50℃真空干燥10小时得中间体N,N-二甲基(1-溴丙基)十二烷基溴化铵，收率90.5％；

(2)在四口圆底烧瓶中加入30g异丙醇，再加入18.79g(0.0453mol)N,N-二甲基(1-溴丙基)十二烷基溴化铵和9.43g(0.0453mol)N-癸基咪唑，然后加入1g四丁基溴化铵搅拌升温到80℃，搅拌反应40小时后，减压蒸馏蒸出异丙醇，固体用乙酸乙酯洗涤三次，滤饼于50℃真空干燥10小时得粗产品；粗产品再在丙酮中重结晶三次得产品1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-癸基咪唑鎓二溴盐，收率73.8％。

1.性能表征

30℃滴体积法测得1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-癸基咪唑鎓二溴盐的γ_CMC为34.21mN·m^-1；1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-十二烷基咪唑鎓二碘盐的γ_CMC为35.96mN·m^-1；(基本上在35左右)，说明该表面活性剂有优良的表面活性。

2.结构表征(1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-癸基咪唑鎓二溴盐为例)

(1)红外光谱

采用KBR薄膜法测得1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-癸基咪唑鎓二溴盐红外光谱(IR)，在3045cm^-1处为咪唑环上-C-H的伸缩振动峰，2921cm^-1和2853cm^-1处是-CH₃、-CH₂-上C-H的伸缩振动峰，1694cm^-1处的吸收峰为-C＝N伸缩振动，1570cm^-1处的吸收峰为咪唑环骨架振动，1466cm^-1处的吸收峰为饱和-C-H的弯曲振动，1175cm^-1处的吸收峰为-C-N的伸缩振动，724cm^-1处的吸收峰说明化合物中含有烷基链(CH₂)_n，与产物结构吻合。

(2)核磁共振氢谱

以DMSO(400 MHz)作溶剂，对制得的1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-癸基咪唑鎓二溴盐进行了¹H NMR图谱检测，0.841-0.875δ(t,6H,1-CH₂),1.251-1.278δ(m,32H,2,14-CH₂),1.636δ(m2H,13-CH₂),1.796-1.829δ(m,2H,3-CH₃),2.300-2.339δ(m,2H,9-CH₂)，3.055-3.904δ(d,6H,11-CH₂)，3.273-3.372δ(m,4H,10,12-CH₂)，3.385-34.297δ(m,4H,8,4-CH₂)，7.867-7.875δ(s,1H,7-CH₂)，7.912-7.920δ(s,1H,6-CH₂)，9.404δ(s,1H,5-CH₂)。

IR和¹H NMR表征结果确认所分析1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-癸基咪唑鎓二溴盐是目标产物。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂是由下述重量份数的原料组成的：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂9份、烷基糖苷5份、聚环氧琥珀酸4份、聚天冬氨酸10份。

本发明无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，步骤如下：将离子液体基Gemini阳离子表面活性剂、烷基糖苷、聚环氧琥珀酸和聚天冬氨酸按配方称量，依次加入混合搅拌釜中，混合均匀即得成品工业循环水阻垢缓蚀剂。

实施例2

本实施例的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂的合成方法如下：

(1)将40.38g(0.2mol)1,3-二溴丙烷，25g乙醇加入四口圆底烧瓶中，搅拌下升温至沸腾，加入1g四丁基碘化铵，滴加9.25g(0.05mol)N,N-二甲基癸烷基叔胺，维持回流温度，搅拌反应8小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用氯仿洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥6小时得中间体N,N-二甲基(1-溴丙基)癸烷基溴化铵，收率95.8％；

(2)在四口圆底烧瓶中加入50mL乙醇，再加入19.35g(0.05mol)N,N-二甲基(1-溴丙基)癸烷基溴化铵、10.42g(0.05mol)N-癸基咪唑和1g四丁基溴化铵，搅拌升温到70℃，搅拌反应36小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用氯仿洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥5小时得粗产品；粗产品再在丙酮中重结晶三次得产品1-(N,N二甲基癸烷基铵鎓)丙基-3-癸烷基咪唑鎓二溴盐，收率85.8％。

¹HNMR(600MHz,DMSO),δ:0.85～0.87(td,6H,1,28-CH₃),1.25～1.26(m,28H,2～8,21～27-CH₂),1.61-1.66(m,2H,20-CH₂),1.79～1.83(m,2H,9-CH₂),2.29～2.34(m,2H,15-CH₂),3.06(s,6H,17,18-CH₃),3.28～3.37(m,4H,16,19-CH₂),4.18～4.20(t,2H,10-CH₂),4.27～4.29(t,2H,14-CH₂),7.87-7.88(t,1H,12-CH),7.91～7.92(t,1H,13-CH),9.40(s,1H,11-CH)；¹³CNMR(600 MHz,DMSO),δ:14.44(1,28-CH₃),22.19(2,27-CH₂),22.57(3,26-CH₂),23.29(4,25-CH₂),26.04(5,24-CH₂),26.27(6,23-CH₂),28.91～29.80(7～9,20～22-CH₂),31.76(15-CH₂),46.47(10-CH₂),49.42(17,18-CH₃),50.63(14-CH₂),60.03(16-CH₂),63.71(19-CH₂),122.91(12-CH),123.01(13-CH),136.78(11-CH)。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂是由下述重量份数的原料组成的：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂20份、烷基糖苷2份、聚环氧琥珀酸10份、聚天冬氨酸5份。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂的合成方法如下：

(1)将40.38g(0.2mol)1,3-二溴丙烷，20g乙醇加入四口圆底烧瓶中，搅拌下升温至沸腾，加入1g四丁基溴化铵，滴加24.1g(0.1mol)N,N-二甲基十四烷基叔胺，维持回流温度，搅拌反应8小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用氯仿洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥6小时得中间体N,N-二甲基(1-溴丙基)十四烷基溴化铵，收率97.2％；

(2)在四口圆底烧瓶中加入20mL乙醇，再加入22.15g(0.05mol)N,N-二甲基(1-溴丙基)十四烷基溴化铵、18.5g(0.07mol)N-十四烷基咪唑和1g四丁基溴化铵，搅拌升温到70℃，搅拌反应36小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用氯仿洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥5小时得粗产品；粗产品再在丙酮中重结晶三次得产品1-(N,N二甲基十四烷基铵鎓)丙基-3-十四烷基咪唑鎓二溴盐，收率88.6％。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂是由下述重量份数的原料组成的：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂15份、烷基糖苷3份、聚环氧琥珀酸8份、聚天冬氨酸7份。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂的合成方法如下：

(1)将30.28g(0.15mol)1,3-二溴丙烷，20g乙醇加入四口圆底烧瓶中，搅拌下升温至沸腾，加入1.5g四丁基碘化铵，滴加13.48g(0.05mol)N,N-二甲基十六烷基叔胺，维持回流温度，搅拌反应8小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用乙酸乙酯洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥6小时得中间体N,N-二甲基(1-溴丙基)十六烷基溴化铵，收率95.5％；

(2)在四口圆底烧瓶中加入50mL乙醇，再加入23.55g(0.05mol)N,N-二甲基(1-溴丙基)十六烷基溴化铵、17.54g(0.06mol)N-十六烷基咪唑和1g四丁基碘化铵，搅拌升温到70℃，搅拌反应36小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用乙酸乙酯洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥5小时得粗产品；粗产品再在乙酸乙酯中重结晶三次得产品1-(N,N二甲基十六烷基铵鎓)丙基-3-十六烷基咪唑鎓二溴盐，收率87％。

¹HNMR(600MHz,DMSO),δ:0.84～0.87(td,6H,1,40-CH₃),1.24～1.28(m,52H,2～14,27～39-CH₂),1.60-1.66(m,2H,26-CH₂),1.78～1.83(m,2H,15-CH₂),2.28～2.33(m,2H,19-21CH₂),3.05(s,6H,23,24-CH₃),3.27～3.35(m,4H,22,25-CH₂),4.18-4.20(t,2H,16-CH₂),4.26-4.29(t,2H,20-CH₂),7.87(t,1H,18-CH),7.90-7.91(t,1H,19-CH),9.37(s,1H,17-CH)。¹³CNMR(600 MHz,DMSO),δ:14.42(1,40-CH₃),22.19(2,39-CH₂),22.58(3,38-CH₂),23.28(4,37-CH₂),26.05(5,3236-CH₂),26.28(6,35-CH₂),28.95～29.82(7～15,26～34-CH₂),31.78(21-CH₂),46.47(16-CH₂),49.42(23,24-CH₃),50.66(20-CH₂),59.99(22-CH₂),63.68(25-CH₂),122.92(18-CH),123.02(19-CH),36.78(17-CH)。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂是由下述重量份数的原料组成的：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂12份、烷基糖苷4份、聚环氧琥珀酸6份、聚天冬氨酸9份。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法同实施例1。

实施例5

本实施例的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂的合成方法如下：

(1)将40.38g(0.2mol)1,3-二溴丙烷，20g乙醇加入四口圆底烧瓶中，搅拌下升温至沸腾，加入1g四丁基溴化铵，滴加14.23g(0.0668mol)N,N-二甲基十二烷基叔胺，维持回流温度，搅拌反应8小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用氯仿洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥6小时得中间体N,N-二甲基(1-溴丙基)十二烷基溴化铵，收率92％；

(2)在四口圆底烧瓶中加入30g乙醇，再加入26.56g(0.064mol)N,N-二甲基(1-溴丙基)十二烷基溴化铵、15.89g(0.0672mol)N-十二烷基咪唑和1g四丁基碘化铵，搅拌升温到70℃，搅拌反应36小时后，减压蒸馏蒸出乙醇，固体用氯仿洗涤三次，滤饼于60℃真空干燥5小时得粗产品；粗产品再在丙酮中重结晶三次得产品1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-十二烷基咪唑鎓二碘盐，收率87％。

¹HNMR(600MHz,DMSO),δ:0.85～0.87(td,6H,1,32-CH₃),1.25～1.28(m,36H,2～10,23～31-CH₂),1.62-1.66(m,2H,22-CH₂),1.80～1.83(m,2H,11-CH₂),2.29～2.33(m,2H,17-CH₂),3.04(s,6H,19,20-CH₃),3.26～3.35(m,4H,18,21-CH₂),4.17～4.20(t,2H,12-CH₂),4.26～4.28(t,2H,16-CH₂),7.86～7.87(t,1H,14-CH),7.89～7.90(t,1H,15-CH),9.35(s,1H,13-CH)。¹³CNMR(600 MHz,DMSO),δ:14.43(1,32-CH₃),22.20(2,31-CH₂),22.58(3,30-CH₂),23.31(4,29-CH₂),26.05(5,28-CH₂),26.27(6,27-CH₂),28.93～29.80(7～11,22～26-CH₂),31.78(17-CH₂),46.46(12-CH₂),49.41(19,20-CH₃),50.63(16-CH₂),60.01(18-CH₂),63.70(21-CH₂),122.91(14-CH),123.01(15-CH),136.78(13-CH)。Calc.:C,58.98％；H,10.05％；N,6.45％。Found:C,58.89；H,10.08；N,6.47。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂是由下述重量份数的原料组成的：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂18份、烷基糖苷3份、聚环氧琥珀酸7份、聚天冬氨酸8份。

本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法同实施例1。

实施例6

将实施例5中的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂替换为1-(N,N二甲基癸烷基铵鎓)丙基-3-癸烷基咪唑鎓二溴盐，其他实施方式同实施例5。

实施例7

将实施例5中的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂替换为1-(N,N二甲基十四烷基铵鎓)丙基-3-十四烷基咪唑鎓二溴盐，其他实施方式同实施例5。

实施例8

将实施例5中的离子液体基Gemini阳离子表面活性剂替换为1-(N,N二甲基十六烷基铵鎓)丙基-3-十六烷基咪唑鎓二溴盐，其他实施方式同实施例5。

在CHI660C电化学工作站采用动电位极化曲线法测定[N_11nC₃C_nIM][Br]₂(n＝10,12,14,16)的在1mol·L^–1HCl溶液介质中对Q235钢的缓蚀性能。测试条件如下：温度，25℃；三电极体系：Q235为工作电极，Pt电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，参比电极通过盐桥与测量体系相连；电位扫描速度，2mV·s^–1，电位扫描范围，-1000～0mV。工作电极要在每次测量前置于HCl溶液中1小时，以获得稳定的开路电位(OCP)，每次测量要进行3次重实验以获得可重复的数据。

由图1可以看出：添加Gemini表面活性剂作为缓蚀剂能影响阳极和阴极反应，所以此类表面活性剂为混合型缓蚀剂来使用。添加缓蚀剂后腐蚀电流密度下降，是因为Gemini表面活性剂在金属表明的吸附所致，且吸附过程随着缓蚀剂浓度的提高而增强。随着缓蚀剂浓度的提高，阴极和阳极电流均降低，且整个极化曲线的均向右移动，自腐蚀电位逐渐增加，说明所添加的离子液体表面活性剂作为缓蚀剂主要是抑制阳极。动电位极化参数，如腐蚀电位(-E_corr)、腐蚀电流密度(i_corr)如表1所示。

缓蚀率(η_p)可通过下式进行计算，结果如表1所示。

式中，i_corr ⁰和i_corr为未加和添加缓蚀剂时的腐蚀电流密度。

表1 25℃时不同缓蚀剂浓度下Q235钢片在1mol·L^–1HCl介质中的动电位极化曲线参数表

由表1可以看出，四种蚀剂的极化行为类似，意味着缓蚀剂分子从溶液中完全吸附到Q235钢表面，可通过增加缓蚀剂的浓度来提高缓蚀率.缓蚀剂浓度的提高导致腐蚀电流密度的降低和缓蚀率的增加，这表明随着缓蚀剂浓度的提高吸附在金属表面上的保护膜将更加致密。在相同的缓蚀剂浓度条件下，随着缓蚀剂分子疏水基上碳原子数的增加，降低腐蚀电流密度的效果越明显，缓蚀率的大小顺序为：[N₁₁₁₀C₃C₁₀IM][Br]₂<[N₁₁₁₂C₃C₁₂IM][Br]₂<[N₁₁₁₄C₃C₁₄IM][Br]₂<[N₁₁₁₆C₃C₁₆IM][Br]₂。

实施例4的无磷阻垢缓蚀剂的缓蚀率、阻垢率和杀菌率应用数据如表2所示。

按照中华人民共和国国家标准GB/T16632-2008“水处理阻垢性能的测定碳酸钙沉积法”进行静态阻垢试验。

按照中华人民共和国国家标准GB/T 18175-2000“水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法”进行旋转挂片腐蚀性能测试。

表2实施例4不同浓度的无磷阻垢缓蚀剂的缓蚀率、阻垢率

浓度(g/ml)	缓蚀率/％	阻垢率/％
			20	90.8	95.5
30	92.4	96.2
			40	95.6	97.3
50	98.2	98.0

由表2可知，本发明的无磷阻垢缓蚀剂具有优良的缓蚀和阻垢效果。

杀菌率测试方法如下：

(1)试验方法：在水样中加入本发明制备的无磷阻垢缓蚀剂，在35±2℃下接触一定时间后，根据HG/T 3609-2000和GB/T14643.5-2009中的方法，以平皿计数法测定水样中残余的异养菌数、真菌数，用稀释培养测数法(MPN法)测定硫酸盐还原菌数、铁细菌数，同时做空白样，计算得到水处理杀菌剂的杀菌率。以分光光度测定本发明制备的水处理杀菌剂对小球藻的抑制率。

(2)杀菌试验结果

本发明制备的无磷阻垢缓蚀剂对异养菌、真菌、硫酸盐还原菌、铁细菌及小球藻的杀菌、抑制效果如表1。

表3实施例1-8无磷阻垢缓蚀剂的杀菌效果

由杀菌、抑菌数据可知，本发明制备的无磷阻垢缓蚀剂具有优良的杀菌、抑菌效果，且离子液体基Gemini阳离子表面活性剂为1-(N,N二甲基十二烷基铵鎓)丙基-3-十二烷基咪唑鎓二溴盐对应的阻垢缓蚀剂的杀菌效果最好。

本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如频率、温度、时间、真空度等)的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种无磷阻垢缓蚀剂，其特征在于它是由下述重量份数的原料组成的：离子液体基Gemini阳离子表面活性剂9～20份、烷基糖苷2～5 份、聚环氧琥珀酸4～10份、聚天冬氨酸5～10份；

所述离子液体基Gemini阳离子表面活性剂的结构式为：

;

其中，n=10～16，制备方法如下：

步骤（1）：以季铵盐为相转移催化剂，以低碳醇为溶剂，α,ω-二溴代烷与脂肪烷基二甲基叔胺在温度为60℃的条件下，反应8～10 h后，得到中间体N,N-二甲基(1-溴代烷基)脂肪烷基溴化铵；其中α,ω-二溴代烷与脂肪烷基二甲基叔胺物质的量之比为（2～4）:1；

步骤（2）：以季铵盐为相转移催化剂，低碳醇为溶剂溶解N-烷基咪唑，再与中间体N,N-二甲基(1-溴代烷基)脂肪烷基溴化铵在60～80℃下反应36～72小时，得到离子液体基Gemini阳离子表面活性剂；所述中间体N,N-二甲基(1-溴代烷基)脂肪烷基溴化铵与N-烷基咪唑的物质的量之比为1:（1.0～1.4）；

所述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或烷基三甲基氯化铵；

所述低碳醇为甲醇、乙醇或异丙醇；

所述烷基糖苷为碳链长度为C₁₀～C₁₆的烷基糖苷。

2.根据权利要求 1所述的无磷阻垢缓蚀剂，其特征在于：所述步骤（1）中的α,ω-二溴代烷为1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷或1,6-二溴已烷。

3.根据权利要求 1 所述的无磷阻垢缓蚀剂，其特征在于：所述步骤（1）中的脂肪烷基二甲基叔胺为辛烷基二甲基叔胺、癸烷基二甲基叔胺、十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺。

4.根据权利要求 1 所述的无磷阻垢缓蚀剂，其特征在于：所述步骤（2）中的N-烷基咪唑为N-辛基咪唑、N-癸基咪唑、N-十二烷基咪唑、N-十四烷基咪唑或N-十六基咪唑。

5.根据权利要求1~4任一所述的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，其特征在于步骤如下：将离子液体基Gemini阳离子表面活性剂、烷基糖苷、聚环氧琥珀酸和聚天冬氨酸按配方称量，依次加入混合搅拌釜中，混合均匀即得成品无磷阻垢缓蚀剂。

6.根据权利要求1~4任一所述的无磷阻垢缓蚀剂在工业循环水处理中的应用，其特征在于：所述无磷阻垢缓蚀剂的添加量为20～150mg/L，溶液介质温度为15～30℃。

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