CN111233175A - 一种阻垢粉末及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阻垢粉末及其制备方法和用途，所述阻垢粉末包括表面活性剂疏水处理的聚合物，所述聚合物是通过阻垢剂聚合得到的；本发明制备的阻垢粉末具有长效性、缓释效果好，阻垢效果优异等优点；制备工艺中采用分段烧结过程，不仅能对工艺过程进行精准和严格的把控，且能促进阻垢粉末的分相，增加缓释效果和阻垢效果；该制备工艺简单，适用范围更广，也大大的降低了生产的成本，适用于工业大规模生产。

Description

一种阻垢粉末及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及水处理化学品领域，涉及一种阻垢粉末及其制备方法和用途。

背景技术

水体结垢易引起水体输送管道、用水设备及电器、用水容器等腐蚀生锈，结垢现象产生后，设备的传热效率大幅降低，造成能源的浪费，同时水体的结垢对饮用水的前端的超滤膜、纳滤膜、RO机膜等易引起堵塞问题，严重缩短净水设备的寿命，目前市面上所使用的饮用水除垢方法主要为物理法和化学法：物理法主要利用磁场、电场等物理方法进行软化水质，但物理法除垢性能较一般，难以应用于北方高硬度的水质，同时需要消耗较大电能。化学法主要通过离子交换软化水体，但存在树脂交换当量小，再生成本高等缺陷。

CN107758881A公开了一种污水浮选阻垢剂的制备方法，原料为：双蒸水、三氯化铝、乌洛托品、聚丙烯酰胺、丙烯酸羟丙酯、壳聚糖、聚硅酸硫酸铝铁、碳酸氢铵、氢氧化钾、碳酸钠、竹屑、钨酸锌、钨酸锌、玉米淀粉和多聚磷酸钠；镍离子的去除率高达99.99％，在50℃加量8-10mg/L，阻垢率达到99.6-99.9％，沉降时间10-30min，BOD去除率80-90％，青霉发酵液和灰色链霉菌发酵液絮凝率87-90％，原料成本下降了40-60％，阻碳酸钙垢率98-99％，对碳钢腐蚀速度为0.0016-0.002mm/a，COD去除率80-88％，SS去除率99.7-99.9％，对镀锌材质缓释率93-97％，该发明制备的阻垢剂具有较好的阻垢效果，但是不具备缓释效果。

CN107973419A公开了一种复合缓蚀阻垢剂、油田水的缓蚀阻垢方法及采油方法，其中的复合缓蚀阻垢剂，按质量份数计，包括：6～15份无机磷、1～10份有机胺、3～10份无磷聚合物缓蚀阻垢剂、4～10份含硫聚合物阻垢分散剂和可选的锌盐，该发明制备的净水阻垢材料具有较好的阻垢和缓释效果，但是在制备过程中引入了金属离子和有机物，会对环境造成一定程度的损害。

CN105948282A公开了一种缓蚀阻垢剂，它是由下列重量份的原料组成：无水碳酸钠50～60份、三聚磷酸钠5～10份、六偏磷酸钠5～10份、腐植酸钠20～40份，该发明制备的阻垢剂具有更好的阻垢性能和缓释性能，但是未提及制备的阻垢剂具有长效性。

因此，开发一种缓释效果好、除垢能力强、阻垢时间久且便于家庭投放使用的阻垢粉末仍是本领域研究的热点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种阻垢粉末、其制备方法及应用，所述阻垢粉末缓释效果好，且可通过不同的复配比例和工艺来控制缓释速度和释放浓度,在饮用水中，有效成分的释放浓度为0.01-2.0mg/L，具有较好的缓释效果和长效性，并且制备工艺简单、成本低，用于水质阻垢处理，尤其适用于家庭饮用水净化设备，如RO机设备、超滤膜、陶瓷膜等的阻垢处理，尤其是在饮用水净水设备的水效标准提出之后，对于延长过滤膜的使用寿命，减少废水排放、甚至实现零废水排放有极大的益处。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种阻垢粉末，所述阻垢粉末包括表面活性剂疏水处理的聚合物，所述聚合物是通过阻垢剂聚合得到的。

在本发明中，所述阻垢剂包括钙源、钠源和磷源。

在本发明中，所述阻垢剂的制备原料包括质量分数为10％-90％的聚磷酸钠、1％-50％的碳酸钠、10％-80％的钙源和1％-50％的磷酸二氢铵。

在本发明中，所述钙源为氧化钙和/或碳酸钙。

在本发明中，聚磷酸钠、碳酸钠、钙源和磷酸二氢铵在高温条件下会发生聚合反应，从而赋予了阻垢粉末缓释的作用。

在本发明中，所述聚磷酸钠添加的质量分数为10％-90％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％等。

在本发明中，所述碳酸钠添加的质量分数为1％-50％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％等。

在本发明中，所述钙源添加的质量分数为10％-80％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％等。

在本发明中，所述磷酸二氢铵添加的质量分数为1％-50％，例如1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％等。

在本发明中，所述聚磷酸钠为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、五聚磷酸钠、六聚磷酸钠或焦磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合，优选六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合。

在本发明中，所述六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比为1:1-3:1，例如1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.2:1、2.5:1、2.8:1、3:1。

在本发明中，聚磷酸钠为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合，且二者的质量比为1:1-3:1时，具有较好的阻垢效果，若仅选用二者中的任意一种或者二者的比例不在本发明限定的质量比范围之内，则制备的阻垢粉末的阻垢性能会变差。

在本发明中，所述表面活性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸等。

本发明选用表面活性剂对阻垢材料进行疏水处理，从而进一步增加阻垢粉末的长效性。

本发明的目的之二在于提供了一种阻垢粉末的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将制备原料混合，烧结，粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂，在搅拌状态下加入步骤(1)制备得到的混合粉末，反应，得到所述阻垢粉末。

本发明制备得到的阻垢粉末，通过将具有阻垢性能的成份进行聚合后，对聚合产物进行疏水处理，使阻垢粉末具有更好的缓释效果，通过控制释放速率，达到长效性，且该制备工艺简单，适用范围更广，也大大的降低了生产的成本。

在本发明中，步骤(1)所述烧结过程分为4段进行。

在本发明中，所述烧结第一段烧结温度从25℃升温至900℃，升温速率为1-5℃/min，例如1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min、5℃/min等。

在本发明中，所述第一段烧结在升温至900℃保温2-10h，例如2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h等。

在本发明中，所述烧结的第二段烧结温度从900℃升温至1200℃，升温速率为1-10℃/min，例如1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min、5℃/min、5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min、8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min等。

在本发明中，所述第二段烧结在升温至1200℃保温1-5h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h等。

在本发明中，所述烧结的第三段烧结温度从1200℃降温至25℃。

在本发明中，所述烧结的第四段烧结温度是从25℃升温至650℃，升温速率为1-10℃/min，例如1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min等。

在本发明中，所述第四段烧结在升温至650℃保温2-5h。

在本发明中，阻垢粉末的制备分两步进行，第一步原材料粉末混合熔融化，在反应过程中先将其混合，在900℃预热，再加热到1200℃熔融1-5h，冷却常温后升650℃，确保产物的稳定性，第二步粉末后处理，将第一步所得到的产物进行粉碎得到粉末，对粉末进行表处理，进一步来控制释放的速率，达到长效性。

在本发明中，步骤(2)所述表面活性剂添加量为步骤(1)制备的混合粉末重量的0.1％-20％，例如0.1％、1％、5％、8％、10％、12％、15％、17％、20％等。

在本发明中，步骤(2)所述搅拌速度为400-600r/min，例如400r/min、450r/min、500r/min、550r/min、600r/min等。

在本发明中，步骤(2)所述反应温度为80-120℃，例如80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等。

在本发明中，步骤(2)所述反应时间为0.5-3h，例如0.5h、0.8h、1h、1.3h、1.5h、1.8h、2h、2.3h、2.5h、2.8h、3h等。

作为本发明的优选方案，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将质量分数分别为10％-90％的聚磷酸钠、1％-50％的碳酸钠、10％-80％的钙源以及1％-50％的磷酸二氢铵混合，分四段进行烧结，第一段将烧结温度以1℃/min-5℃/min的升温速率从25℃升温至900℃，保温2-10h，第二段将烧结温度以1℃/min-10℃/min的升温速率从900℃升温至1200℃，保温1-5h，第三段将烧结温度从1200℃降温至25℃，第四段将烧结温度以1℃/min-10℃/min的降温速率从25℃升温至650℃，保温2-5h，然后粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂在搅拌速率为400-600r/min条件下加入到步骤(1)制备得到的混合粉末中，其中表面活性剂的重量为混合粉末重量的0.1％-20％，80-120℃反应0.5-3h，得到所述阻垢粉末。

本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述的阻垢粉末用途，其用途为在水质阻垢处理中的应用，尤其是在家庭用水中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的阻垢粉末是一种无机高分子聚合物，通过聚磷酸钠、碳酸钠、碳源和磷酸二氢铵混合在分段烧结过程中发生聚合反应，促进阻垢粉末的分相，降低阻垢粉末的水溶速率，从而提高了阻垢粉末的缓释性能和长效性能，并用表面活性剂对其进行疏水处理，进一步增加了阻垢粉末的缓释性能；在制备工程中采用分段烧结工艺，不仅能对工艺过程进行精准和严格的把控，且能促进阻垢粉末的分相，增加缓释效果和阻垢效果，其中碳酸钙阻垢率高至87％，24h后累积释放率低至1.1％，缓释天数可达82天；该制备工艺简单，适用范围更广，也大大的降低了生产的成本，适用于工业大规模生产。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种阻垢粉末，所述阻垢粉末包括表面活性剂疏水处理的聚合物，所述聚合物是通过阻垢剂聚合得到的；其中阻垢剂的制备原料包括质量分数为50％的聚磷酸钠、10％的碳酸钠、30％的氧化钙和10％的磷酸二氢铵；聚磷酸钠为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合；六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比为2:1；表面活性剂为钛酸酯偶联剂。

阻垢粉末的制备方法步骤为：

(1)将质量分数分别为50％的聚磷酸钠、10％的碳酸钠、30％的氧化钙和10％的磷酸二氢铵混合，分四段进行烧结，第一段将烧结温度以2℃/min的升温速率从25℃升温至900℃，保温3h，第二段将烧结温度以2℃/min的升温速率从900℃升温至1200℃，保温3h，第三段将烧结温度从1200℃降温至25℃，第四段将烧结温度以2℃/min的升温速率从25℃升温至650℃，保温3h，然后粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂在搅拌速率为500r/min条件下加入到步骤(1)制备得到的混合粉末中，其中表面活性剂的重量为混合粉末重量的5％，100℃反应2h，得到所述阻垢粉末。

实施例2

本实施例提供一种阻垢粉末，所述阻垢粉末包括表面活性剂疏水处理的聚合物，所述聚合物是通过阻垢剂聚合得到的；其中阻垢剂的制备原料包括质量分数为70％的聚磷酸钠、5％的碳酸钠、20％的碳酸钙和5％的磷酸二氢铵；聚磷酸钠为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合；六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比为1:1；表面活性剂为铝酸酯偶联剂。

阻垢粉末的制备方法步骤为：

(1)将质量分数分别为70％的聚磷酸钠、5％的碳酸钠、20％的碳酸钙和5％的磷酸二氢铵混合，分四段进行烧结，第一段将烧结温度以1℃/min的升温速率从25℃升温至900℃，保温2h，第二段将烧结温度以1℃/min的升温速率从900℃升温至1200℃，保温1h，第三段将烧结温度从1200℃降温至25℃，第四段将烧结温度以1℃/min的升温速率从25℃升温至650℃，保温2h，然后粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂在搅拌速率为400r/min条件下加入到步骤(1)制备得到的混合粉末中，其中表面活性剂的重量为混合粉末重量的3％，80℃反应3h，得到所述阻垢粉末。

实施例3

本实施例提供一种阻垢粉末，所述阻垢粉末包括表面活性剂疏水处理的聚合物，所述聚合物是通过阻垢剂聚合得到的；其中阻垢剂的制备原料包括质量分数为30％的聚磷酸钠、10％的碳酸钠、40％的氧化钙和20％的磷酸二氢铵；聚磷酸钠为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合；六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比为3:1；表面活性剂为硬脂酸。

阻垢粉末的制备方法步骤为：

(1)将质量分数分别为30％的聚磷酸钠、10％的碳酸钠、40％的氧化钙和20％的磷酸二氢铵混合，分四段进行烧结，第一段将烧结温度以5℃/min的升温速率从25℃升温至900℃，保温10h，第二段将烧结温度以10℃/min的升温速率从900℃升温至1200℃，保温5h，第三段将烧结温度从1200℃降温至25℃，第四段将烧结温度以5℃/min的升温速率从25℃升温至650℃，保温5h，然后粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂在搅拌速率为600r/min条件下加入到步骤(1)制备得到的混合粉末中，其中表面活性剂的重量为混合粉末重量的0.1％，120℃反应0.5h，得到所述阻垢粉末。

实施例4

本实施例提供一种阻垢粉末，所述阻垢粉末包括表面活性剂疏水处理的聚合物，所述聚合物是通过阻垢剂聚合得到的；其中阻垢剂的制备原料包括质量分数为70％的聚磷酸钠、1％的碳酸钠、28％的碳酸钙和1％的磷酸二氢铵；聚磷酸钠为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合；六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比为1.5:1；表面活性剂为硬脂酸。

阻垢粉末的制备方法步骤为：

(1)将质量分数分别为70％的聚磷酸钠、1％的碳酸钠、28％的碳酸钙和1％的磷酸二氢铵混合，分四段进行烧结，第一段将烧结温度以3℃/min的升温速率从25℃升温至900℃，保温5h，第二段将烧结温度以5℃/min的升温速率从900℃升温至1200℃，保温3h，第三段将烧结温度从1200℃降温至25℃，第四段将烧结温度以8℃/min的升温速率从25℃升温至650℃，保温4h，然后粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂在搅拌速率为450r/min条件下加入到步骤(1)制备得到的混合粉末中，其中表面活性剂的重量为混合粉末重量的20％，90℃反应2h，得到所述阻垢粉末。

实施例5

与实施例1的区别仅在于六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比5:1，其余组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。

实施例6

与实施例1的区别仅在于六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比0.5:1，其余组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。

实施例7

与实施例1的区别仅在于聚磷酸钠不包括三聚磷酸钠，而六偏磷酸钠的添加量为实施例1中三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的添加量之和，其余组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。

实施例8

与实施例1的区别仅在于聚磷酸钠不包括六偏磷酸钠，而三聚磷酸钠的添加量为实施例1中三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的添加量之和，其余组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。

对比例1

与实施例1的区别仅在于阻垢粉末制备方法中烧结过程不包括第四段，仅包括前三段，其余组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。

对比例2

与实施例1的区别仅在于阻垢粉末的制备方法中采用将烧结温度以2℃/min直接从25℃升温至1200℃，保温3h，冷却至室温，其余组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。

对比例3

与实施例1的区别仅在于阻垢粉末的制备原料中不包括表面活性剂，其余组分与组分配比以及制备方法均与实施例1相同。

测定实施例1-8和对比例1-3提供的阻垢粉末进行阻垢率和缓释性能的测试，测试方法如下：

阻垢率：按照GB/T 16632—2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》进行测定；

表1

由表1的结果可知，本发明制备的阻垢粉末具有较好的阻垢效果和缓释效果；由实施例1-4和实施例5-6的对比可知，当原料中六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比不在本发明限定的范围内，则制备的阻垢粉末对碳酸钙的阻垢率变低，即阻垢性能变差；由实施例1-4和实施例7-8的对比可知，当原料中缺少六偏磷酸钠和三聚磷酸钠其中任一种时，则制备的阻垢粉末对碳酸钙的阻垢率变低，即阻垢性能变差；由实施例1-4和对比例1的对比可知，当烧结工艺中缺少第四步热处理过程，则制备的阻垢粉末在24h后累积释放率变高，且缓释的天数减少，即缓释性能和阻垢性能均变差；由实施例1-4和对比例2的对比可知，当烧结工艺中采用两步烧结过程，则制备的阻垢粉末在24h后累积释放率变高，且缓释的天数减少，即缓释性能和阻垢性能均变差；由实施例1-4和对比例3的对比可知，当原料中不添加表面活性剂，制备的阻垢粉末在24h后累积释放率变高，且缓释的天数减少，即缓释性能变差；因此，本发明提供的阻垢粉末的技术方案可以保证具有较好的阻垢性能和缓释效果。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种阻垢粉末，其特征在于，所述阻垢粉末包括表面活性剂疏水处理的聚合物，所述聚合物是通过阻垢剂聚合得到的。

2.根据权利要求1所述的阻垢粉末，其特征在于，所述阻垢剂包括钙源、钠源和磷源。

3.根据权利要求2所述的阻垢粉末，其特征在于，所述阻垢剂的制备原料包括质量分数为10％-90％的聚磷酸钠、1％-50％的碳酸钠、10％-80％的钙源和1％-50％的磷酸二氢铵；

优选地，所述钙源为氧化钙和/或碳酸钙；

优选地，所述聚磷酸钠为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、五聚磷酸钠、六聚磷酸钠或焦磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合，优选六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的组合；

优选地，所述六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量比为1:1-3:1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的阻垢粉末，其特征在于，所述表面活性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硬脂酸中的任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求1-4任一项所述的阻垢粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将制备原料混合，烧结，粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂在搅拌状态下加入到步骤(1)制备得到的混合粉末中，反应，得到所述阻垢粉末。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述烧结分为4段进行；

优选地，所述烧结的第一段烧结温度从25℃升温至900℃，升温速率为1-5℃/min；

优选地，所述第一段烧结在升温至900℃后保温2-10h；

优选地，所述烧结的第二段烧结温度从900℃升温至1200℃，升温速率为1-10℃/min；

优选地，所述第二段烧结在升温至1200℃保温1-5h；

优选地，所述烧结的第三段烧结温度从1200℃降温至25℃；

优选地，所述烧结的第四段烧结温度是从25℃升温至650℃，升温速率为1-10℃/min；

优选地，所述第四段烧结在升温至650℃后保温2-5h。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述表面活性剂的添加量为步骤(1)制备的混合粉末重量的0.1-20％。

8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌速率为400-600r/min；

优选地，步骤(2)所述反应的温度为80-120℃；

优选地，步骤(2)所述反应时间为0.5-3h。

9.根据权利要求5-8任一项所述的阻垢粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将质量分数分别为10％-90％的聚磷酸钠、1％-50％的碳酸钠、10％-80％的钙源以及1％-50％的磷酸二氢铵混合，分四段进行烧结，第一段将烧结温度以1℃/min-5℃/min的升温速率从25℃升温至900℃，保温2-10h，第二段将烧结温度以1℃/min-10℃/min的升温速率从900℃升温至1200℃，保温1-5h，第三段将烧结温度从1200℃降温至25℃，第四段将烧结温度以1℃/min-10℃/min的降温速率从25℃升温至650℃，保温2-5h，然后粉碎，得到混合粉末；

(2)将表面活性剂在搅拌速率为400-600r/min条件下加入到步骤(1)制备得到的混合粉末中，其中表面活性剂的重量为混合粉末重量的0.1％-20％，80-120℃反应0.5-3h，得到所述阻垢粉末。

10.根据权利要求1-4任一项所述的阻垢粉末在水质阻垢处理中的应用。