CN111592121B - 丙烯酸共聚物和缓蚀阻垢剂组合物及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丙烯酸共聚物。本发明还公开了一种缓蚀阻垢剂组合物，按质量百分数计，包含20%‑35%的上述丙烯酸共聚物，10%‑25%的阻垢剂，15%‑30%的分散剂，0.5%‑1.5%的表面活性剂，3%‑5%的铜缓蚀剂，水余量。本发明的有益效果：本发明所述缓蚀阻垢剂组合物的使用不仅解决污水排放问题，节约地表水的使用；而且所选原料绿色环保，不会引起微生物、藻类的疯长，具有一定的粘泥剥离效果，本发明所述缓蚀阻垢剂组合物，具有无磷、无氮、耐腐蚀、分散性强、操作简单、环境友好等优点，其对有机物、无机物有较好的分散作用，耐氯离子、硫酸根离子腐蚀。

Description

丙烯酸共聚物和缓蚀阻垢剂组合物及应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种丙烯酸共聚物和缓蚀阻垢剂组合物及应用。

背景技术

随着工业的发展，生态环境受到污染，净水资源正急剧减少。由于我国对工业、企业污水达标排放监控力度日益增强，污水零排放成为解决污水处理难、节约水资源新的发展方向。企业将污水引入循环水系统，通过提高循环冷却水的浓缩倍数，最大限度的节约水资源。但是随着循环水浓缩倍数的增加，水中有机物、氯离子、硫酸根离子等腐蚀性离子以及钙、镁等结垢性离子将成倍增加，造成设备腐蚀、系统换热效率下降。因此，循环水系统需加入对应的缓蚀阻垢剂来解决设备腐蚀、结垢造成的系统换热效率下降等问题。

循环水缓蚀阻垢剂多种多样，目前仍存在一些问题。中国专利CN109761378A公开的缓蚀阻垢剂中含2-羟基膦酰基乙酸，易引起水体菌类藻类疯长；中国专利CN109319950A公开了一种含钼酸盐成分的缓蚀阻垢剂，使得药剂成本较高。另外，市面的缓蚀阻垢剂注重系统腐蚀与结垢控制，却忽略了浓缩倍数增加后，系统粘泥附着问题，需不定时的换水清洗，影响企业正常生产。

发明内容

本发明的目的在于实现真正意义上的零排污，提供一种工艺简单、运行成本低、便于推广的一种丙烯酸共聚物和缓蚀阻垢剂组合物及应用，本发明的组合物无磷、无氮，不会引起菌藻疯长，且有一定粘泥剥离效果。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种丙烯酸共聚物，其化学结构式为：

优选地，所述丙烯酸共聚物的分子量为15000-30000。

优选地，所述丙烯酸共聚物的分子量为15000-20000。

本发明还提供了一种丙烯酸共聚物的制备方法，制备方法为：乙二醇二（甲基丙烯酸酯）与丙烯酸在有机溶剂环境下进行热引发聚合，反应一定时间得到分子量为15000-20000的含羧基亲水基和烷基疏水基的共聚物，化学反应如下：

。

优选地，具体方法为：以氯苯、甲苯、四氢呋喃、二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，首先将乙二醇二（甲基丙烯酸酯）与丙烯酸溶于溶剂，充N₂除氧20-30min，然后加入然后加入引发剂偶氮二异丁腈，乙二醇二（甲基丙烯酸酯）单体与丙烯酸进行聚合反应，所述聚合反应条件为：在70-80℃下反应3-5小时。

优选地，所述聚合反应较好反应条件为：在75℃下反应4小时。

由于乙二醇二（甲基丙烯酸酯）水溶性较差，与丙烯酸共聚可以改变其溶解性，在零排污系统中更易于分散。乙二醇二（甲基丙烯酸酯）中碳碳双键、碳氧双键共存，形成共轭体系，吸电子能力加强。另外，共聚物支链多，更易吸附金属基材形成保护膜阻碍了氯离子、硫酸根离子等对基材的腐蚀。

本发明还提供了一种包括上述丙烯酸共聚物的缓蚀阻垢剂组合物，所述的缓蚀阻垢剂组合物中，按质量百分数计，包含20%-35%的丙烯酸共聚物，10%-25%的阻垢剂，15%-30%的分散剂，0.5%-1.5%的表面活性剂，3%-5%的铜缓蚀剂，水余量。

优选地，所述阻垢剂为水解聚马来酸酐、聚丙烯酸钠五钠中的一种或两种。

优选地，所述分散剂为丹宁、亚甲基二萘磺酸钠、木质素磺酸钠、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物中的一种或两种；

优选地，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧烷基醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或失水山梨醇酯、甜菜碱、聚乙二醇中的一种或两种；

优选地，所述铜缓蚀剂为甲基苯并三氮唑、油酸咪唑啉、巯基苯骈噻唑的一种或两种；

本发明还提供了一种上述缓蚀阻垢剂组合物的应用，包括如下步骤：

1）将20%-35%的上述丙烯酸共聚物、10%-25%的阻垢剂、15%-30%的分散剂、0.5%-1.5%的表面活性剂和3%-5%的铜缓蚀剂及水依次加入反应釜中搅拌溶解；

2）按100-200ppm的比例将步骤1）所得药剂与污水一起加入到循环系统中。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

现有缓蚀阻垢剂主要成分多为含磷、含氮物质，易使菌藻疯长、成本高。针对这一问题，本发明通过研究、对比、分析，合成了一种丙烯酸共聚物：乙二醇二（甲基丙烯酸酯）-丙烯酸共聚物，该共聚物加工成环保缓蚀阻垢剂组合物，该环保缓蚀阻垢剂组合物，为一种无磷、无氮的缓蚀阻垢剂组合物，尤其适用于生活污水、生产用水零排放的循环水系统。其中，缓蚀剂为乙二醇二（甲基丙烯酸酯）-丙烯酸共聚物，绿色环保、易降解、耐腐蚀性。本发明所述的环保缓蚀阻垢剂组合物对有机物、无机物有较好的分散作用，耐氯离子、硫酸根离子腐蚀。与现有技术相比，本发明提供了一种污水零排放的缓蚀阻垢剂组合物，具有无磷、无氮、耐腐蚀、分散性强、操作简单、环境友好等优点。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供了一种丙烯酸共聚物，其化学结构式为：

。

其制备方法为：首先将乙二醇二（甲基丙烯酸酯）（6.0g，0.03 mol）与丙烯酸（6.5g，0.09 mol）溶于4.8ml氯苯中，充氮气除氧30min，然后加入引发剂偶氮二异丁腈，乙二醇二（甲基丙烯酸酯）单体与丙烯酸进行聚合反应，所述聚合反应条件为：在75℃下反应4小时，产率为85%，化学反应如下：

。

本发明还提供了一种包括上述丙烯酸共聚物的环保缓蚀阻垢剂组合物，所述的缓蚀阻垢剂组合物中，按质量百分数计，包含20%-35%的丙烯酸共聚物，10%-25%阻垢剂，15%-30%分散剂，0.5%-1.5%表面活性剂，3%-5%铜缓蚀剂，水余量。

现有缓蚀阻垢剂主要成分多为含磷、含氮物质，易使菌藻疯长、成本高。针对这一问题，本发明通过研究、对比、分析，合成了一种丙烯酸共聚物：乙二醇二（甲基丙烯酸酯）-丙烯酸共聚物，该共聚物加工成缓蚀阻垢剂组合物，缓蚀阻垢剂组合物，按以下配比混合而成：乙二醇二（甲基丙烯酸酯-丙烯酸）20%、水解聚马来酸酐10%、亚甲基二萘磺酸钠20%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5%、甲基苯并三氮唑4%，水余量与目前常用的缓蚀阻垢剂对比菌类生长情况；旋转挂片实验某厂生产污水浓缩运行1个月（方法参考GB/T18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》），测试水样异养菌菌落量（HG/T4207-2011《工业循环冷却水异养菌菌落测定 平皿计数法》），见实施例如下：

通过测试水样异养菌菌落量：使用本发明所述的环保缓蚀阻垢剂组合物的污水中水样异养菌菌落量低于其他缓蚀阻。

实验例1

利用某化工厂车间污水回用做循环冷却水，系统中加入本发明所述缓蚀阻垢剂组合物，按以下配比混合而成：乙二醇二（甲基丙烯酸酯-丙烯酸）20%、水解聚马来酸酐10%、亚甲基二萘磺酸钠20%、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5%、甲基苯并三氮唑4%，水余量。

该单位污水中氯离子340.9 mg/L，碱度3.0 mmol/L，硬度3.6mmol/L，钙离子26.05mg/L，镁离子20.66 mg/L，总铁2.66 mg/L，总磷26.3 mg/L，硫酸根479.53 mg/L，COD480 mg/L，NH₃-N 127.8 mg/L，水质特别差，废水处理费用也较高。进入循环水系统后，设备腐蚀、污垢沉积严重，大概20天左右进行一次高压水冲洗工作，半年左右更换管道，加入150PPM的本发明环保缓蚀阻垢剂组合物则使设备稳定运行180天以上，腐蚀率降低至0.0127mm/a。另外，浓缩过滤后的杂质与其它固废一起处理，使生产成本明显降低。

实验例2

利用某厂制药废水回用做循环冷却水，系统中加入本发明环保缓蚀阻垢剂组合物，按以下配比混合而成：乙二醇二（甲基丙烯酸酯-丙烯酸）30%、聚丙烯酸10%、丹宁25%、甜菜碱1.5%、巯基苯骈噻唑4%，水余量。

该单位污水中氯离子2340.90 mg/L，碱度5.00 mmol/L，硬度4.30mmol/L，钙离子36.05mg/L，镁离子30.66 mg/L，总铁6.5 mg/L，总磷32.65 mg/L，硫酸根224.53 mg/L，COD278 mg/L，NH₃-N 5.60 mg/L，水质特别差，废水处理费用也较高。进入循环水系统后，设备腐蚀、污垢沉积严重，大概20天左右进行一次高压水冲洗工作，半年左右更换管道，加入200PPM的本发明环保缓蚀阻垢剂组合物则使设备稳定运行180天以上，腐蚀率降低至0.0323mm/a。运行一年后打开管道，管道表面洁净光滑无污垢。水质经浓缩后，过滤器过滤掉絮凝物等其他不溶杂质，没有了处理废水的费用，大大降低了企业成本。

实验例3

利用某生物医药厂厂区污水回用做循环冷却水，系统中加入本发明环保缓蚀阻垢剂组合物，按以下配比混合而成：乙二醇二（甲基丙烯酸酯-丙烯酸）35%、水解聚马来酸酐15%、木质素磺酸钠25%、聚乙二醇1.0%、油酸咪唑啉4%，水余量。

该单位车间污水氯离子29.99 mg/L，碱度3.3 mmol/L，硬度5.2mmol/L，钙离子54.03 mg/L，镁离子29.82 mg/L，总铁0.12 mg/L，总磷0.532mg/L，硫酸根9.88 mg/L，COD242mg/L，NH₃-N 409.3mg/L，水质特别差，废水处理费用也较高。进入循环水系统后，管式换热器污泥沉积严重，15天需要停机清理一次，加入100 PPM的本发明环保缓蚀阻垢剂组合物则使设备稳定运行365天以上，腐蚀率降低至0.0703mm/a，不需担忧设备腐蚀、污堵。废水经过浓缩后会有絮凝物，经过沉淀池或过滤器过滤掉与其它固废一起处理即可。该方案不仅解决了管道腐蚀问题，而且药剂费用明显低于废水处理费用，为企业节省大量资金。

通过实验例1-3的性能测试表示：本发明所述的环保缓蚀阻垢剂组合物对碳钢及其他钢材缓蚀效果好，采用水解聚马来酸酐、聚丙烯酸钠提高钙、镁离子容忍度，辅以分散剂、表面活性剂，对有机物、无机物有良好的分散作用，使系统正常运行，铜缓蚀剂的加入可以减缓系统中铜材的腐蚀。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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)

1.一种缓蚀阻垢剂组合物，其特征在于，按质量百分数计，包含20%-35%的丙烯酸共聚物，10%-25%的阻垢剂，15%-30%的分散剂，0.5%-1.5%的表面活性剂，3%-5%的铜缓蚀剂，水余量；

其中，丙烯酸共聚物，其化学结构式为：

；

丙烯酸共聚物的分子量为15000-30000。

2.根据权利要求1所述的缓蚀阻垢剂组合物，其特征在于，所述阻垢剂为水解聚马来酸酐、聚丙烯酸钠中的一种或两种。

3.根据权利要求2所述的缓蚀阻垢剂组合物，其特征在于，所述分散剂为丹宁、亚甲基二萘磺酸钠、木质素磺酸钠、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸盐三元共聚物中的一种或两种。

4.根据权利要求3所述的缓蚀阻垢剂组合物，其特征在于，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧烷基醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或失水山梨醇酯、甜菜碱、聚乙二醇中的一种或两种。

5.根据权利要求4所述的缓蚀阻垢剂组合物，其特征在于，所述铜缓蚀剂为甲基苯并三氮唑、油酸咪唑啉、巯基苯骈噻唑的一种或两种。

6.一种权利要求1-5任一项中所述缓蚀阻垢剂组合物的应用，其特征在于，包括如下步骤：

1）将20%-35%的上述丙烯酸共聚物、10%-25%的阻垢剂、15%-30%的分散剂、0.5%-1.5%的表面活性剂和3%-5%的铜缓蚀剂及水依次加入反应釜中搅拌溶解；

2）按100-200ppm 的比例将步骤1）所得药剂与污水一起加入到循环系统中。