CN110201550A - 一种用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂 - Google Patents

一种用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂。所述缓蚀阻垢剂包括A组分和B组分，按质量比(1～5)：1复配。按质量百分比，所述A组分组成为：水解聚马来酸酐25～40％，S‑羧乙基硫代琥珀酸20～30％，聚天冬氨酸20～30％，烷基环氧羧酸钠15～25％；所述B组分组成为：氯化锌30～40％，氨基酸15～30％，葡萄糖酸钠20～30％，苯并三氮唑15～25％。本发明提供的缓蚀阻垢剂可根据实际工况条件适时调整组分配比，使用灵活方便。同时本发明提供的复合配方中，不含重金属、无机磷酸盐、有机膦酸盐，属于绿色环保的缓蚀阻垢剂，且各组份间具有较好的协同效应，缓蚀阻垢性能优异，效果优于常用的缓蚀阻垢剂。

Description

一种用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂
技术领域
本发明属于化工药剂领域，具体的说涉及一种用于反渗透膜水处理技术的缓蚀阻垢剂。
背景技术
反渗透膜是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差为动力的膜分离技术，过滤精度为0.0001微米左右，可以去除水中的各种有机物和无机物等杂质，只能允许水分子通过，是目前公认的高效、低耗、无污染的水处理技术。反渗透膜组成为聚酰胺超薄脱盐层、多孔支撑层和聚酯无纺布，通常应用在钢铁、化工生产废水回用以及工业废水、城市排水的深度脱盐回用处理；可以在较低运行压力下获得高脱盐率；也可应用于超纯水、发电厂锅炉补给水等工业水处理中。随着世界性淡水资源需求的增加，海水淡化工程、中水回用工程的开发和应用，反渗透膜系统的使用在迅速增长。但是在反渗透膜水处理技术中，反渗透膜表面的污染和结垢问题严重影响了反渗透膜的运行和使用寿命。反渗透膜系统一旦大面积结垢，只能进行清洗或更换，而反渗透膜清洗的难度和工作量均较大，更换反渗透膜更是耗资巨大。另外，在工业水处理领域，工业管道容易遭受腐蚀，腐蚀产物易引起水质的恶化，影响反渗透系统的工作效率。为此，工业上常采用添加缓蚀阻垢剂的方法解决上述问题。
目前常用的缓蚀阻垢剂一般由有机膦、共聚物及缓蚀剂等组成，尽管种类较多，但是传统药剂设计手段由于很少涉及反渗透抑制机理研究，因此针对反渗透系统的缓蚀阻垢剂选择性极少，而反渗透膜由于具有孔径小，容易污堵的特点，需要选取具有独特性、专有性的缓蚀阻垢剂配方。这导致国内目前的反渗透膜用化学品几乎完全依赖进口，国内还没有成熟的反渗透专用缓蚀阻垢剂的市场销售，为此开发出国产化的反渗透膜用缓蚀阻垢剂是市场的迫切需求。
发明内容
为了有效地解决反渗透膜系统中的腐蚀和结垢问题，本发明提供一种缓蚀阻垢性能优异的用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂。
本发明采用的技术方案是：一种用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂，所述缓蚀阻垢剂包括A组分和B组分，按质量比，A组分:B组分＝(1～5)：1。
所述A组分，按质量百分比组成为：水解聚马来酸酐25～40％，S-羧乙基硫代琥珀酸20～30％，聚天冬氨酸20～30％，烷基环氧羧酸钠15～25％。
所述B组分，按质量百分比组成为：氯化锌30～40％，氨基酸15～30％，葡萄糖酸钠20～30％，苯并三氮唑15～25％。
进一步的，所述S-羧乙基硫代琥珀酸的制备方法，包括如下步骤：于70～75℃下，将适量的马来酸酐溶解于蒸馏水中，加入适量的3-巯基丙酸，调节体系的pH值至4.5～5.5，加入催化剂K2CrO4，将体系继续升温至120～125℃，加热回流2～3.5h，过滤，将滤液冷却到4℃重结晶，得S-羧乙基硫代琥珀酸；按摩尔比，马来酸酐:3-巯基丙酸＝1.0～1.5:1。
进一步的，所述烷基环氧羧酸钠的制备方法，包括如下步骤：将月桂醇聚氧乙烯醚和氯乙酸钠溶解于无水乙醇中，在40～60℃下缓慢滴加氢氧化钠溶液，反应3～5h，冷却，过滤，得烷基环氧羧酸钠；按摩尔比，月桂醇聚氧乙烯醚:氯乙酸钠＝1:(1.0～1.1)，氢氧化钠:氯乙酸钠＝(1.0～1.2):1。
进一步的，所述氨基酸选自苯丙氨酸和赖氨酸。
上述的缓蚀阻垢剂在反渗透膜水处理中抗腐蚀和结垢中的应用，方法如下：按质量比，A组分:B组分＝(1～5)：1，将A组分和B组分进行复配，然后用水稀释4～10倍，得稀释液，将稀释液通过加药泵连续投加到反渗透系统中至稀释液浓度为1～30ppm。
本发明的有益效果是：
1、本发明的缓蚀阻垢剂，聚天冬氨酸分子中含有羧基(-COOH)和酰胺基(-CONH-)官能团，其中的O、N原子可以与水溶液中的Ca2+、Mg2+、Ba2+等金属离子形成稳定的配合物，从而降低了溶液中Ca2+等离子的浓度，减少析出碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙垢的可能性，因而具有良好的阻垢性能；S-羧乙基硫代琥珀酸具有良好的水溶性和生物降解性，它与一些物质复配后，阻垢效果明显优于传统的磷系阻垢剂(如PBTCA、ATMPS和PAPE等)；葡萄糖酸钠具有明显的协同效应，与其他有机缓蚀剂复配，可大大提高缓蚀性能，且葡萄糖酸钠在较高的温度条件下仍具有较高的缓蚀效率；烷基环氧羧酸钠无毒、耐氯、耐温，阻垢性能优异，且与少量无机盐复配时，对碳钢有缓蚀作用，这是本方明的特有优势之一；氨基酸分子中同时含有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)官能团，可以化学吸附的方式吸附在金属表面，形成保护性吸附膜，从而减缓金属表面的腐蚀。氨基酸作为一种绿色环保的有机缓蚀剂，原料易得且价格低廉，将其应用于反渗透领域也是本发明的独特之处。
2、本发明是一种绿色、高效的环保型缓蚀阻垢剂，本发明的配方中不含无机磷酸盐、有机膦酸盐，对环境污染小。
3、本发明的缓蚀阻垢剂，A组成具有良好的阻垢性能，B组成具有优异的缓蚀性能。各组份间具有良好的协同效应，一剂多效，能同时解决腐蚀与结垢问题，且缓蚀、阻垢性能优异，效果优于同类产品。
具体实施方式
实施例1用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂
制备方法包括如下步骤：
1、S-羧乙基硫代琥珀酸的制备
于70～75℃下，将23.0g(0.24mol)马来酸酐溶于300mL蒸馏水中，加入21.2g(0.2mol)3-巯基丙酸，调节体系的pH值至约5，加入0.36g催化剂K2CrO4，然后将体系升温至120～125℃，加热回流2～3.5h，趁热过滤，将滤液冷却到4℃重结晶，得白色S-羧乙基硫代琥珀酸。
2、烷基环氧羧酸钠的制备
将0.2mol月桂醇聚氧乙烯醚和0.21mol氯乙酸钠溶解于300mL无水乙醇中，升温至55℃后，将0.22mol氢氧化钠缓慢加入体系中，反应3～5h，冷却，过滤，得烷基环氧羧酸钠。
3、A组分的制备
按质量百分比，将35％水解聚马来酸酐，25％S-羧乙基硫代琥珀酸，22％聚天冬氨酸，18％烷基环氧羧酸钠，混合均匀，制得A组分。
4、B组分的制备
按质量百分比，将30％氯化锌，20％赖氨酸，25％葡萄糖酸钠，25％苯并三氮唑，混合均匀，制得B组分。
5、缓蚀阻垢剂的制备
将A组分与B组分，按质量比1：1复配。
本实施例制备的缓蚀阻垢剂在实际应用时，加水稀释4～10倍即可。
实施例2用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂
制备方法包括如下步骤：
1、S-羧乙基硫代琥珀酸的制备：同实施例1
2、烷基环氧羧酸钠的制备：同实施例1
3、A组分的制备
按质量百分比，将32％水解聚马来酸酐，28％S-羧乙基硫代琥珀酸，25％聚天冬氨酸，15％烷基环氧羧酸钠，混合均匀，制得A组分。
4、B组分的制备
按质量百分比，将40％氯化锌，15％苯丙氨酸，25％葡萄糖酸钠，20％苯并三氮唑，混合均匀，制得B组分。
5、缓蚀阻垢剂的制备
将A组分与B组分，按质量比2：1复配。
本实施例制备的缓蚀阻垢剂在实际应用时，用水稀释4～10倍即可。
实施例3用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂
制备方法包括如下步骤：
1、S-羧乙基硫代琥珀酸的制备：同实施例1
2、烷基环氧羧酸钠的制备：同实施例1
3、A组分的制备
按质量百分比，将35％水解聚马来酸酐，25％S-羧乙基硫代琥珀酸，22％聚天冬氨酸，18％烷基环氧羧酸钠，混合均匀，制得A组分。
4、B组分的制备
按质量百分比，将35％氯化锌，15％赖氨酸，25％葡萄糖酸钠，25％苯并三氮唑，混合均匀，制得B组分。
5、缓蚀阻垢剂的制备
将A组分与B组分按质量比3：1复配。
本实施例制备的缓蚀阻垢剂在实际应用时，用水稀释4～10倍即可。
实施例4缓蚀阻垢剂的缓蚀、阻垢性能测定
1.缓蚀性能测定
方法：缓蚀性能测定方法采用国标GB/T18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法》，试验温度：45℃，旋转速度：75r/min，试验时间：72h，试验结果见表1。
表1缓蚀性能测定结果
由表1可见，三种不同材质的腐蚀率均低于国标规定的相关标准，说明复配的缓蚀阻垢剂具有较好的缓蚀性能。
2.阻垢性能测定
方法：阻垢性能测定方法采用GB/T16632-2008《水处理剂阻垢性能的测定-碳酸钙沉积法、硫酸钙沉积法》，试验结果见表2、表3。
试验用水1：钙离子浓度：240㎎/L，碳酸氢根离子浓度：732㎎/L；
试验用水2：钙离子浓度：240㎎/L，硫酸根离子浓度：576㎎/L；
表2阻垢性能测定结果
表3阻垢性能测定结果
由表2和表3可见，本发明的缓蚀阻垢剂在30℃与80℃温度下均具有较高的阻垢性能。
实施例5实际应用
将本发明的缓蚀阻垢剂应用到某钢铁企业污水回用深处理反渗透系统中，反渗透进水水质为钢厂生产及生活的污水经过前期预处理、超滤及保安过滤器过滤之后的水质，水质如表4所示。
表4进水水质
名称项目 单位 RO进水
电导率 μs/cm 4310
pH - 6.86
浊度 NTU 0.51
总硬度 mg/L 428.56
钙硬度 mg/L 165.911
总碱度 mg/L 66.48
氯离子 mg/L 278.85
铁 mg/L 0.105
磷 mg/L 0.643
硫酸根 mg/L 338.59
COD mg/L 55
系统所用的反渗透膜包括陶氏的BW30-4040，海德能PROC10等。污水回用系统的反渗透膜元件的清洗周期一般为一周，但是长期化学清洗及日常水质会导致膜元件的损坏，三年膜元件就需要进行更换，造成企业成本增加。采用本发明实施例1的配方生产的产品在现场通过加药泵连续投加之后，系统管道维修周期延长、反渗透膜清洗周期也延长到了1个月、反渗透膜元件应用4年脱盐率仍在97％以上。

Claims (6)

1.一种用于反渗透膜的缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述缓蚀阻垢剂包括A组分和B组分，按质量比，A组分:B组分＝(1～5)：1；
所述A组分，按质量百分比组成为：水解聚马来酸酐25～40％，S-羧乙基硫代琥珀酸20～30％，聚天冬氨酸20～30％，烷基环氧羧酸钠15～25％；
所述B组分，按质量百分比组成为：氯化锌30～40％，氨基酸15～30％，葡萄糖酸钠20～30％，苯并三氮唑15～25％。
2.根据权利要求1所述的缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述S-羧乙基硫代琥珀酸的制备方法，包括如下步骤：于70～75℃下，将适量的马来酸酐溶解于蒸馏水中，加入适量的3-巯基丙酸，调节体系的pH值至4.5～5.5，加入催化剂K2CrO4，将体系继续升温至120～125℃，加热回流2～3.5h，过滤，将滤液冷却到4℃重结晶，得S-羧乙基硫代琥珀酸；按摩尔比，马来酸酐:3-巯基丙酸＝1.0～1.5:1。
3.根据权利要求1所述的缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述烷基环氧羧酸钠的制备方法，包括如下步骤：将月桂醇聚氧乙烯醚和氯乙酸钠溶解于无水乙醇中，在40～60℃下缓慢滴加氢氧化钠溶液，反应3～5h，冷却，过滤，得烷基环氧羧酸钠；按摩尔比，月桂醇聚氧乙烯醚:氯乙酸钠＝1:(1.0～1.1)，氢氧化钠:氯乙酸钠＝(1.0～1.2):1。
4.根据权利要求1所述的缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述氨基酸选自苯丙氨酸和赖氨酸。
5.权利要求1～4任一项所述的缓蚀阻垢剂在反渗透膜水处理中抗腐蚀和结垢中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，方法如下：按质量比，A组分:B组分＝(1～5)：1，将A组分和B组分进行复配，然后用水稀释4～10倍，得稀释液，将稀释液通过加药泵连续投加到反渗透系统中。
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