CN110606579B - 循环冷却水用缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环冷却水用缓蚀剂，包括以下重量份的组分：七水合硫酸锌2‑4份、聚环氧琥珀酸8‑10份、氨基三亚甲基叉膦酸4‑8份、丙烯酸‑2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸共聚物6‑10份以及水65‑80份；还公开该缓蚀剂的制备方法及应用，具体为：依次将所称取的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸‑2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，溶于去离子水中，搅拌反应，再加入七水合硫酸锌，搅拌至溶液均匀后静置，即得。该方法简单、成本低，且该缓蚀剂应用于敞开式循环冷却水的缓蚀处理，可明显阻止敞开式循环冷却水介质对管线和设备的腐蚀，且本体对材质没有任何损害，在金属表面形成致密的保护膜，缓蚀率高。

Description

循环冷却水用缓蚀剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于缓蚀剂技术领域，具体涉及一种循环冷却水用缓蚀剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会现代化以及工业的快速发展，水资源的使用越来越受到人类重视。水的循环利用在保护水资源、节约制水成本、减少环境污染起着重要作用。工业用循环水主要通过换热器(热交换器、水冷器) 与工艺介质进行换热，热工艺介质在热量交换过程中降低温度，循环水被加热而温度升高，工业冷却水的用量往往很大且工业冷却水的要求不是很高，可以在较高的浓缩倍数下循环使用。冷却水在循环使用的过程中，水在换热器中与空气充分接触，水中的溶解氧得到补充，循环水中溶解氧总是饱和的。溶解氧是金属电化学腐蚀的主要因素之一，这是冷却水循环使用带来的材质腐蚀问题。为了解决这一问题，为确保系统在良好的状态下运行，须使用适合循环冷却水的高性能缓蚀剂。
目前，循环冷却水缓蚀剂存在的问题主要有：原料组成成分多、生产工艺复杂、成本高、现有的缓蚀剂产品缓蚀效果有限。因此，如何针对循环水腐蚀缓蚀剂成为有待解决的问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种循环冷却水用缓蚀剂，具有缓蚀作用好，多种组分协同发挥阻垢效果，可减少基体腐蚀量，解决现有技术中冷却水循环使用带来的材质腐蚀问题，提高利用效率。
本发明还有一个目的是提供一种循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，通过顺序加入有机物进行反应，加强聚合作用，而之后加入无机锌盐，既能加强有机物的分散性，还能防止锌盐在碱性循环冷却水中形成沉淀影响缓蚀效果。
本发明还有一个目的是提供一种循环冷却水用缓蚀剂的应用，可缓解现有技术中敞开式循环冷却水中对于系统中所用材质的腐蚀问题，并且用量少，操作方便。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种循环冷却水用缓蚀剂，包括以下重量份的组分：七水合硫酸锌2-4份、聚环氧琥珀酸8-10份、氨基三亚甲基叉膦酸4-8份、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2- 甲基丙磺酸共聚物6-10份以及水65-80份。
优选的是，循环冷却水用缓蚀剂包括以下重量份的组分：七水合硫酸锌3份、聚环氧琥珀酸9份、氨基三亚甲基叉膦酸6份、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物8份以及水74份。
本发明还提供一种循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按所述的循环冷却水用缓蚀剂的组分及用量称取；
步骤2：依次将所称取的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，溶于去离子水中，搅拌反应，再加入七水合硫酸锌，搅拌至溶液均匀后静置，得到循环冷却水缓蚀剂。
优选的是，在20-40℃条件下溶解后，于150-200rpm条件下搅拌15-20min；
加入所述七水合硫酸锌继续搅拌10-15min。
本发明还提供一种所述的循环冷却水用缓蚀剂的应用，应用于敞开式循环冷却水的缓蚀处理，所述缓蚀剂添加至循环冷却水中的用量为50-200mg/L。
优选的是，所述敞开式循环冷却水为用于生产过程中的工艺冷却水系统或中央空调循环水系统。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明公开的循环冷却水用缓蚀剂，通过有机原料和无机原料间的相互的配合，协同发挥增强缓蚀效果，性能稳定，使用范围比较广 (pH＝5-10)。聚环氧琥珀酸对高硬度的水质有良好的阻垢分散效果，聚环氧琥珀酸与溶液中的钙、镁离子发生螯合作用形成稳定的可溶性螯合物，限制了这些离子的自动移动，减少了钙、镁离子与碳酸根离子的结合，同时聚环氧琥珀酸遇到碳酸钙小晶体时，聚环氧琥珀酸中的羧基离域键与碳酸根中的离域体系发生π—π相互作用，吸附于碳酸钙颗粒表面，使其表面带负电荷，在静电作用下，抑制碳酸钙等晶体的长大，将颗粒分散于水中，可广泛应用于工业循环水、海水等水处理领域；锌盐在接触金属材质时，锌离子可与溶液中电离出的氢氧根离子或者磷酸根离子迅速反应生成氢氧化锌/磷酸锌沉淀膜沉积在金属表面，但该沉淀膜松软不牢固，与氨基三亚甲基叉膦酸的协同作用下对碳钢材质有良好的缓蚀性能；循环冷却水的介质是动态变化的，pH会发生轻微变化，介质不是碱性的条件下，锌盐会很快在溶液中沉积而影响缓蚀效果，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物主要在阻垢方面不受水中金属离子的影响，特别时磷酸钙有良好的抑制作用，稳定锌离子和有机膦酸。经过几种原料组分的复配可降低原料的使用量且起到协同增效的作用。
本发明公开的循环冷却水用缓蚀剂，通过顺序加入有机物进行反应，可以加强聚合作用，而之后加入无机锌盐，既能加强其在有机物中的分散性，还能防止锌盐在提前加入水中发生水解反应形成沉淀影响缓释效果。
本发明公开的循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，生产工艺简单，无需特殊设备，就能制备出具有较好缓蚀性的缓蚀剂。并且将该缓蚀剂处理过的金属表面能形成一层保护膜，起到良好的缓蚀作用，另外对敞开式循环式冷却水系统的碳钢等材质的管道和设备，能明显的改善其材料的腐蚀问题，以及污垢再发生的现象出现，可以延长管道生命周期，降低管道泄漏引起的安全环保风险。还发现在Ca2+浓度不超过450mg/L,Cl-浓度不超过3000mg/L的循环水系统中，添加 50-200mg/L本发明的缓蚀剂后，缓蚀效率均≥70％，腐蚀速率及缓蚀剂物性满足标准Q/SYTZ 0718-2012《污水缓蚀剂技术要求及试验法》的相关要求。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为腐蚀试片经腐蚀后的SEM图，其中(a)为未添加缓蚀剂的SEM图，(b)为实施例1添加缓蚀阻垢剂后腐蚀试片的SEM图；
图2为添加本发明实施例5的前后的循环水中腐蚀产物的XRD图，其中(a)为未添加缓蚀剂的XRD图，(b)为实施例1添加缓蚀剂后的XRD图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的组分：七水合硫酸锌2份，氨基三甲基叉膦酸4份，聚环氧琥珀酸8份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物6份，去离子水65份。
(2)依次将上述称取的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，在20℃下溶于去离子水中与150rpm搅拌15min，再加入七水合硫酸锌，继续搅拌10min至溶液均匀后静置，得到循环冷却水用缓蚀剂。
实施例2
循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的组分：七水合硫酸锌3份，氨基三甲基叉膦酸6份，聚环氧琥珀酸9份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物8份，去离子水74份。
(2)依次上述称量的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，在30℃下溶于去离子水中175rpm搅拌15min，再加入七水合硫酸锌，继续搅拌10min至溶液均匀后静置，得到循环冷却水用缓蚀剂。
实施例3
循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的组分：称取七水合硫酸锌4份，氨基三甲基叉膦酸8份，聚环氧琥珀酸10份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物6份，去离子水72份。
(2)依次上述称量的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，在40℃下溶于去离子水中于200rpm搅拌15min，再加入七水合硫酸锌，继续搅拌至溶液均匀后静置，得到循环冷却水用缓蚀剂。
对比例1
循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的组分：七水合硫酸锌3份，氨基三甲基叉膦酸6份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物8份，去离子水74份。
(2)依次上述称量的氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，在30℃下溶于去离子水中 175rpm搅拌15min，再加入七水合硫酸锌，继续搅拌10min至溶液均匀后静置，得到循环冷却水用缓蚀剂。
对比例2
循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的组分：氨基三甲基叉膦酸6份，聚环氧琥珀酸9份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物8份，去离子水74份。
(2)依次上述称量的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，在30℃下溶于去离子水中175rpm搅拌15min，继续搅拌10min至溶液均匀后静置，得到循环冷却水用缓蚀剂。
对比例3
循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的组分：七水合硫酸锌3份，聚环氧琥珀酸9份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物8份，去离子水74 份。
(2)依次上述称量的聚环氧琥珀酸，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，在30℃下溶于去离子水中175rpm 搅拌15min，再加入七水合硫酸锌，继续搅拌10min至溶液均匀后静置，得到循环冷却水用缓蚀剂。
对比例4
循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的组分：七水合硫酸锌3份，氨基三甲基叉膦酸6份，聚环氧琥珀酸9份，去离子水74份。
(2)依次上述称量的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸投入反应釜中，在30℃下溶于去离子水中175rpm搅拌15min，再加入七水合硫酸锌，继续搅拌10min至溶液均匀后静置，得到循环冷却水用缓蚀剂。
以下采用实施例1-3以及对比例1-4制备的缓蚀剂测试对碳钢的缓蚀效果。
检测方法：参考标准Q/SYTZ 0718-2012《污水缓蚀剂技术要求及试验法》。测试材料为10#碳钢，规格为 40mm×13mm×2mm，使用60-90℃的石油醚脱油脱脂超声浸泡 3-5min，使用脱脂棉擦拭去除表面油脂后再浸入无水乙醇中浸泡 5-10min进一步脱水，镊子将试片夹出，吹风机吹干后用滤纸包好，放置于干燥器中1h。在腐蚀介质中加入实施例1-3以及对比例 1-4的缓蚀剂，试片用生料带悬挂在腐蚀介质中，在指定的腐蚀时间后测量试片的质量变化的方法来衡量试片在缓蚀剂介质中的缓蚀程度。考察变量为添加缓蚀剂浓度。腐蚀介质为模拟循环水，其中Cl-含量控制在300-400mg/L,HCO3 -含量在10-50mg/L，Ca2+含量在 50-100mg/L，Na+、K+含量在200-300mg/L。
缓蚀率计算公式：
Figure RE-GDA0002253576070000071
其中η为缓蚀率，％；△m0为空白的质量损失，g；△m1为添加循环冷却水缓蚀剂试片质量损失，g。
如表1所示，50℃下，向腐蚀介质中添加不同质量浓度的实施例1-3，随着腐蚀介质中缓蚀剂的质量浓度的增加，缓蚀率呈先增加后平稳的趋势，当实施例1-3质量浓度达到100mg/L时，缓蚀率达到80-90％。随后走势平缓，说明质量浓度在100mg/L时可达到较佳结果。
表1不同浓度的缓蚀剂的缓蚀效果
Figure BDA0002194628910000102
Figure BDA0002194628910000111
实施例5
本发明用于循环冷却水的缓蚀剂根据某油田的循环水水样，调整为不同pH，进行缓蚀性能试验。
腐蚀试验环境及腐蚀试片见表2、3，经腐蚀后试片表面情况及腐蚀速率见表4。
表2腐蚀试验介质情况
项目 pH 碱度(mg/L) 硬度(mg/L) Ca<sup>2+</sup> Cl<sup>-</sup>
介质1 5.5 102.37 387.5 193.44 70.12
介质2 8.2 102.37 387.5 193.44 68.43
介质3 9.6 105.32 387.5 193.44 68.43
表3腐蚀试片基本情况
Figure BDA0002194628910000112
Figure BDA0002194628910000121
表4经腐蚀后的试片与腐蚀介质表观性质
Figure BDA0002194628910000122
腐蚀试验结论分析
试验挂片腐蚀速率分析见表4。从表4得知，在pH＝5-10范围内的循环水中添加100mg/L的本发明物，试验周期为168h，不同 pH下的10#碳钢均未发现明显的腐蚀现象，且腐蚀速率均低于国家标准，那么，本发明物对碳钢在不同pH均起到缓蚀作用。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种循环冷却水用缓蚀剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：七水合硫酸锌2-4份、聚环氧琥珀酸8-10份、氨基三亚甲基叉膦酸4-8份、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物6-10份以及水65-80份；
所述循环冷却水用缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按循环冷却水用缓蚀剂的组分及用量称取；
步骤2：依次将所称取的聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基叉膦酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物投入反应釜中，溶于去离子水中，搅拌反应，再加入七水合硫酸锌，搅拌至溶液均匀后静置，得到循环冷却水缓蚀剂。
2.如权利要求1所述的循环冷却水用缓蚀剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：七水合硫酸锌3份、聚环氧琥珀酸9份、氨基三亚甲基叉膦酸6份、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物8份以及水74份。
3.如权利要求1所述的循环冷却水用缓蚀剂，其特征在于，在20-40℃条件下溶解后，于150-200rpm条件下搅拌15-20min；
加入所述七水合硫酸锌继续搅拌10-15min。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的循环冷却水用缓蚀剂的应用，其特征在于，应用于敞开式循环冷却水的缓蚀处理，所述缓蚀剂添加至循环冷却水中的用量为50-200mg/L。
5.如权利要求4所述的循环冷却水用缓蚀剂的应用，其特征在于，所述敞开式循环冷却水回用于生产过程中的工艺冷却水系统或中央空调循环水系统。
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