CN111377549A

CN111377549A - 一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法

Info

Publication number: CN111377549A
Application number: CN202010173007.9A
Authority: CN
Inventors: 郭万齐; 高枫; 张宝军; 郝雨光; 宋强; 赵延良
Original assignee: Datang Suihua Thermal Power Co ltd
Current assignee: Datang Suihua Thermal Power Co ltd
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-07-07

Abstract

本发明公开了水处理领域的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，缓蚀阻垢剂包括以下质量百分含量的组分：聚天冬胺酸18～25％，葡萄糖酸钠10～15％，马来酸‑丙烯酸共聚物4～8％，氧化石墨烯水分散液2～3％，钼酸盐10～15％，铜缓蚀剂3～6％，锌盐3～6％，水余量，缓蚀阻垢剂的制备方法为：将聚天冬胺酸、葡萄糖酸钠、马来酸‑丙烯酸共聚物和氧化石墨烯水分散液按比例混合；将钼酸盐、铜缓蚀剂和锌盐按比例混合向第一混合溶液内滴加，进行超声处理10～20分钟；过滤，滤液降温至常温。阻垢效果非常优良，在高硬度、高浓缩倍数下也能达到92％以上。充分发挥了各缓蚀剂之间的缓蚀协同效应，缓蚀率高达99.66％，制备过程无污染物排放，稳定性及水溶性好。

Description

一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体为一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法。

背景技术

随着新鲜水资源的日益短缺，中水被认为是一种重要的非饮用水资源而逐渐应用到工业领域中。工业领域是用水大户，城市用水的80％是工业用水，而工业循环冷却水占到工业用水的60％以上，涉及石化、电力、化工、冶金等许多行业。目前很多电厂均用中水代替新鲜水作为循环系统的补充水，尤其在是美国西南部地区，其利用方式是将一部分中水与新鲜水混合后回用，或者将其经进一步处理到更优的水质直接回用，以确保循环冷却系统的安全运行。电厂中水回用是缓解水资源短缺、提高用水效率的一个重要举措。中水回用于循环冷却水系统时，会加剧系统的微生物滋生、设备腐蚀、悬浮物沉滞等问题。较之中水的其他用途(直接回用)需要水质稳定技术的支持与保证。

目前中水回用专用缓蚀阻垢剂产品种类少，国内常用的缓蚀阻垢剂有聚磷酸盐、磷酸酯和有机磷酸，其中有机磷酸是最有效的兼有缓蚀与阻垢双重功能的水处理剂，但这些磷化合物最终将作为废物排放，对环境造成污染，因此开发无磷或者低磷的绿色水处理剂已成为国内中水回用处理剂方面的重要课题，近年来，研究人员开发了绿色缓蚀阻垢剂聚天冬胺酸(PESA)和聚天冬胺酸(PASP)，其中聚天冬胺酸(PASP)具有无磷、无毒、无污染、性能优异的特点，兼有缓蚀与阻垢双重功能，广泛应用于水处理等领域，美国DONLAR公司于20世纪90年代初期因开发聚天冬胺酸而获得了1996年度美国总统绿色化学挑战奖，自此各国开始竞相研究开发聚天冬胺酸，并获得了很大进展，聚天冬胺酸PASP可作为分散剂、阻垢剂、缓蚀剂、洗涤助剂等，同传统的缓蚀阻垢剂相比，聚天冬胺酸PASP是一种生物高分子，具有线型聚酰胺结构，是氨基连接的缩氨酸，类似蛋白质的酰胺键结构，具有良好的生物相容性，可在环境中快速完全降解，不会对环境产生影响，因此聚天冬胺酸PASP被公认为绿色水处理剂的更新换代产品，然而，单一聚天冬胺酸聚合物应用于电厂中水回用处理，尤其对于高温、高硬及高碱水质条件，缓蚀与阻垢效果并不能令人满意，因此，将聚天冬胺酸PASP与其他药剂进行复配，利用它们之间的协同效应来提高药剂使用效率、扩大适用范围以及成为当今研究的一个热点课题。

基于此，本发明设计了一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，所述的缓蚀阻垢剂包括以下质量百分含量的组分：

优选的，所述的缓蚀阻垢剂包括以下质量百分含量的组分：

优选的，所述的马来酸-丙烯酸共聚物固体含量45～55wt％，游离单体(以马来酸计)≤9.0wt％。

优选的，所述的氧化石墨烯水分散液，浓度为1.5～2mg/ml，氧化石墨烯水分散液中的氧化石墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为15～20层，粒径为5～10nm。

优选的，所述的钼酸盐选自钼酸钠、钼酸钾或者钼酸铵其中的一种，最好选用钼酸钠。

优选的，所述的锌盐选自硫酸锌或氯化锌其中的一种，最好选用硫酸锌。

优选的，所述的铜缓蚀剂选自苯并三氮唑。

优选的，所述的缓蚀阻垢剂的制备方法为：

S1：将聚天冬胺酸、葡萄糖酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物和氧化石墨烯水分散液按比例混合，加热至70～90℃，保持1.5～2.0h，得到第一混合溶液；

S2：将钼酸盐、铜缓蚀剂和锌盐按比例混合，得到第二混合溶液，并向上述的第一混合溶液内滴加该第二混合溶液，进行超声处理10～20分钟，得到第三混合溶液；

S3：将得到的第三混合溶液进行过滤，滤液降温至常温，得到电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂。

优选的，所述的缓蚀阻垢剂应用于电厂中水回用水系统中，缓蚀阻垢剂的使用浓度为10～50mg/L，PH值为7.0～9.5，温度为0～85℃。

本发明聚天冬胺酸阻垢效果优良，是一种生物高分子，具有线型聚酰胺结构，是氨基连接的缩氨酸，类似蛋白质的酰胺键结构，具有良好的生物相容性，可在环境中快速完全降解，不会对环境产生影响，因此聚天冬胺酸PASP被公认为绿色水处理剂的更新换代产品。

葡萄糖酸钠具有明显的协调效应，具有良好的螯合、低限抑制及晶格畸变作用。可阻止水中成垢盐类形成水垢，对钙，镁，铁盐具有很强的络合能力，特别对Fe3+有极好的螯合作用，所以阻垢能力很强。一般缓蚀剂随着温度升高而缓蚀率下降，甚至完全失去作用。但葡萄糖酸钠恰恰相反，缓蚀率在一定范围内随温度升高而提高，例如对炭钢等材质的试验中，温度从77℃于上升到120℃，其缓蚀率平均提高5％以上；

马来酸-丙烯酸共聚物对碳酸盐等具有很强的分散作用，热稳定性高，可在300℃高温等恶劣条件下使用，与其它水处理药剂具有良好的相容性和协同增效作用，对包括磷酸盐在内的水垢的生成具有良好的抑制作用，阻垢性能和耐高温性能优异。

氧化石墨烯水分散液由氧化石墨烯薄膜制备而得，不会发生沉淀，氧化石墨烯为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。氧化石墨烯与碳纳米管结构相似，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，其比表面积可达2600平方米/克，其表面大量的活性基团如羧基、羰基、羟基、环氧基等，为污染物尤其是重金属的吸附提供充足的活性位点，可实现污染物的痕量消除，同时多种官能团的协同效应可有效地提高化合物溶解性，使其阻垢性能大幅提高。

铜缓蚀剂能够对电厂中水回用水系统内部的铜材质具有特效的缓蚀能力。

锌盐在水中电离出Zn²⁺，与聚天冬胺酸复配，具有协同增效作用，对碳钢等的缓蚀率显著增强，同时还可提供消毒杀菌作用；与钼酸盐复配，具有显著的缓蚀协同能力，且可以大大降低成本较高的钼酸盐的用量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、聚天冬胺酸与葡萄糖酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物、氧化石墨烯水分散液、铜缓蚀剂进行复配，阻垢效果非常优良，在高硬度、高浓缩倍数下也能达到92％以上。

2、充分发挥了各缓蚀剂之间的缓蚀协同效应，缓蚀率高达99.66％，能够在较宽的给水PH范围和温度内使用，同时具有优良的灭菌效果。

3、制备方法生产工艺简单，制备过程无污染物排放，稳定性及水溶性好，主要成分可生物降解，无毒，无磷，无污染，无腐蚀性，加药量少，对环境友好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明缓蚀阻垢剂组分配比表图；

图2为本发明各实施例实验结果表图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，

实施例1

一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，缓蚀阻垢剂包括以下质量百分含量的组分：

缓蚀阻垢剂的制备方法为：

S1：将聚天冬胺酸、葡萄糖酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物和氧化石墨烯水分散液按比例混合，加热至70℃，保持1.5h，得到第一混合溶液；

S2：将钼酸盐、铜缓蚀剂和锌盐按比例混合，得到第二混合溶液，并向上述的第一混合溶液内滴加该第二混合溶液，进行超声处理10分钟，得到第三混合溶液；

缓蚀阻垢剂应用于电厂中水回用水系统中，缓蚀阻垢剂的使用浓度为10mg/L，PH值为7.0，温度为10℃。

实施例2

缓蚀阻垢剂的制备方法为：

缓蚀阻垢剂应用于电厂中水回用水系统中，缓蚀阻垢剂的使用浓度为20mg/L，PH值为7.5，温度为30℃。

实施例3

缓蚀阻垢剂的制备方法为：

S1：将聚天冬胺酸、葡萄糖酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物和氧化石墨烯水分散液按比例混合，加热至80℃，保持1.8h，得到第一混合溶液；

S2：将钼酸盐、铜缓蚀剂和锌盐按比例混合，得到第二混合溶液，并向上述的第一混合溶液内滴加该第二混合溶液，进行超声处理15分钟，得到第三混合溶液；

缓蚀阻垢剂应用于电厂中水回用水系统中，缓蚀阻垢剂的使用浓度为30mg/L，PH值为8，温度为50℃。

实施例4

缓蚀阻垢剂的制备方法为：

S1：将聚天冬胺酸、葡萄糖酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物和氧化石墨烯水分散液按比例混合，加热至90℃，保持2.0h，得到第一混合溶液；

S2：将钼酸盐、铜缓蚀剂和锌盐按比例混合，得到第二混合溶液，并向上述的第一混合溶液内滴加该第二混合溶液，进行超声处理20分钟，得到第三混合溶液；

缓蚀阻垢剂应用于电厂中水回用水系统中，缓蚀阻垢剂的使用浓度为40mg/L，PH值为9，温度为70℃。

实施例5

缓蚀阻垢剂的制备方法为：

缓蚀阻垢剂应用于电厂中水回用水系统中，缓蚀阻垢剂的使用浓度为50mg/L，PH值为9.5，温度为85℃。

实验方法：

缓蚀性能的测定参照《GB/T 18175-2000水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》进行，实验用挂片材料为Q235碳钢、H62黄铜和316L不锈钢。每种材料挂三片，结果取平均值。

阻垢性能的测定参照《GB/T 16632-2008水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》进行。

实验结果如图2所示，实施例3为最佳实施例，将本发明制备的复合缓蚀阻垢剂用于以天津市某再生水厂出水作为电厂循环冷却水补水的循环水系统、浓缩倍率为4时，使用浓度按补充水计为20mg/L，碳钢、铜和不锈钢的腐蚀速率均低于国家标准(碳钢0.075mm/a，铜0.005mm/a，不锈钢0.005mm/a)，年污垢热阻值0.88(±0.05)×10^-4m²·℃/W，满足《GB50050-2007工业循环冷却水处理设计规范》的设计要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的缓蚀阻垢剂包括以下质量百分含量的组分：

2.根据权利要求1所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的缓蚀阻垢剂包括以下质量百分含量的组分：

3.根据权利要求1所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的马来酸-丙烯酸共聚物固体含量45～55wt％，游离单体(以马来酸计)≤9.0wt％。

4.根据权利要求1所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的氧化石墨烯水分散液，浓度为1.5～2mg/ml，氧化石墨烯水分散液中的氧化石墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为15～20层，粒径为5～10nm。

5.根据权利要求1所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的钼酸盐选自钼酸钠、钼酸钾或者钼酸铵其中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的锌盐选自硫酸锌或氯化锌其中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的铜缓蚀剂选自苯并三氮唑。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的缓蚀阻垢剂的制备方法为：

9.根据权利要求8所述的一种电厂中水回用专用缓蚀阻垢剂及其制备方法，其特征在于：所述的缓蚀阻垢剂应用于电厂中水回用水系统中，缓蚀阻垢剂的使用浓度为10～50mg/L，PH值为7.0～9.5，温度为0～85℃。