CN112499780A - 一种耐高温阻垢分散剂及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温阻垢分散剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温阻垢分散剂及其制备方法，耐高温阻垢分散剂包括以下重量份数的原料：超支化大分子15‑25份、多元共聚物23‑47份、改性壳聚糖10‑15份、去离子水20‑45份；所述超支化大分子为以三聚氰胺为核的有机膦超支化大分子；所述多元共聚物通过氨基酸、羧酸酐、磺酸盐共聚制备。本发明通过超支化大分子、多元共聚物和改性壳聚糖制备了一种可用于多级闪蒸及海水淡化系统耐高温阻垢分散剂；本发明所制备的耐高温阻垢分散剂与目前同类产品相比具有优异的性能，尤其在阻硫酸盐、硅垢方面更加突出，实现了多效蒸发及海水淡化系统高效节能稳定运行。

Description

一种耐高温阻垢分散剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种耐高温阻垢分散剂及其制备方法。
背景技术
水是经济发展的重要能源之一，随着工业化进程不断推进，致使工业的高速发展与水资源相对短缺的矛盾日渐突出，工业生产中大量的废水回收利用成为节水及环境保护的有效手段，为提高水资源的利用率及达到环保要求，很多企业都采用多级闪蒸/多效蒸发等装置对高硬度废水进行处理，有效实现零排放。
蒸发器结垢是指浓盐废水中含有大量的杂质盐，不断蒸发浓缩后形成晶核。晶核附着于换热管(或面)内表面而结垢，轻则影响换热器效率，重则会使换热管堵塞，严重影响蒸发结晶装置正常运行。浓盐废水中含有钙、镁离子和硫酸根离子、碳酸根离子、硅酸盐等，它们在蒸发结晶过程中，不断浓缩达到共饱和后会产生硫酸钙、碳酸钙等垢层。蒸发器、换热器结垢后，严重影响导热系数，致使系统不能正常运行，一但结垢，必须进行化学清洗。化学清洗既费时费力又会造成设备腐蚀及环境污染，尤其是多级闪蒸/多效蒸发、海水淡化等易形成硫酸盐垢，硫酸盐垢因为其结构致密且一般不溶于酸，因此，上述系统所需的阻垢剂必须对硫酸盐垢具有优异的控制能力。专利CN104925968B、CN103449617B及CN107902768A均有对高温阻垢剂的报道，但目前来看，报道的产品虽然在高温下对碳酸盐具有一定阻垢作用，但针对硫酸盐、硅酸盐等在高温条件下阻垢能力依然较差，且对后期分盐处理工艺产生影响，应用中投加量较大时才能达到预期效果，使用不当时产品自身会对系统造成污染。
针对多级闪蒸及海水淡化等高温高硬度、高硫酸根、硅酸盐水质系统进行研究，制备出了一种多级闪蒸及海水淡化等高温高硬度、高硫酸根水质系统专用阻垢剂，有极佳应用效果及生产价值，为企业的节能减排及进一步实现零排放创造了必要条件。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种多级蒸发及海水淡化等高温、高硬度、高硫酸根、硅酸盐系统的耐高温阻垢分散剂以及其制备方法。可有效防止系统结垢，在≤165℃时使用，具有优异的阻垢效果，尤其阻硫酸盐、硅酸盐垢效果更佳。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种耐高温阻垢分散剂，包括以下重量份数的原料：超支化大分子15-25份、多元共聚物23-47份、改性壳聚糖10-15份、去离子水20-45份；
所述超支化大分子为以三聚氰胺为核的有机膦超支化大分子；
所述多元共聚物通过氨基酸、羧酸酐、磺酸盐共聚制备。
作为进一步的优化，所述有机膦超支化大分子的结构式为：
Figure BDA0002799950030000021
作为进一步的优化，所述有机膦超支化大分子的制备方法为：
在反应釜中，加入1000ml去离子水，升温至80-90℃，加入1mol三聚氰胺缓慢溶解，然后加入3.5mol琥珀酸酐110-120℃共热反应1-2h，再加入3mol三聚氰胺，130℃反应1.5-2h，降温至60℃以下，加入20mol 37wt％的福尔马林、25mol盐酸，混匀，在混合液中滴加含20mol亚磷酸溶液，滴加温度低于60℃，滴加完毕后，105℃下回流2h，得到产物。
有机膦超支化大分子的反应机理：首先，三聚氰胺的氨基与酸酐酰胺化反应生成大分子多元酸，大分子多元酸再与三聚氰胺的氨基酰胺化反应生成超支化多元氨，最后超支化多元氨与福尔马林溶液、次磷酸mannich反应得到有机膦超支化大分子。
作为进一步的优化，所述改性壳聚糖为羧甲基-季铵两性壳聚糖、羧乙基-季铵两性壳聚糖中的一种或两种的混合。
作为进一步的优化，所述多元共聚物包括以下重量份数的原料：
氨基酸5-10份、羧酸酐20-25份、磺酸盐15-20份、引发剂15-20份、去离子水25-45份。
作为进一步的优化，所述氨基酸为L-天冬氨酸、谷氨酸中的一种或两种的混合；
所述羧酸酐为琥珀酸酐、乙酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种或多种的混合。
作为进一步的优化，所述磺酸盐为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠中的一种或两种的混合。
作为进一步的优化，所述引发剂为过硫酸铵、过氧化氢中的一种或两种的混合。
作为进一步的优化，所述多元共聚物的制备方法包括以下步骤：
S1：在反应釜中加入10-15重量份的磺酸盐和15-35重量份的去离子水，搅拌溶解；
S2：将5重量份的磺酸盐溶于10-15重量份的去离子水，加入高位槽1中；
S3：将15-20重量份的引发剂加入高位槽2中；
S4：向反应釜中依次加入5-10重量份氨基酸、20-25重量份羧酸酐、0.005-0.01重量份的五氧化二钒，搅拌混均，升温至110-115℃回流1.5-2h后降温至105-110℃；
S5：将高位槽1中的磺酸盐溶液和高位槽2中的引发剂缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后继续反应1.5-2h，得到多元共聚物。
为解决上述技术问题，本发明提供一种耐高温阻垢分散剂的制备方法，包括以下步骤：
将15-25重量份有机膦超支化大分子、23-47重量份多元共聚物、10-15重量份改性壳聚糖、20-45重量份去离子水加入反应釜中，搅拌20-30min，混匀后得到耐高温阻垢分散剂。
本发明的有益效果：
1)本发明以三聚氰胺为核，制备了一种耐高温阻垢分散剂用的新型耐高温有机膦超支化大分子，所制备的有机膦超支化大分子与传统有机膦相比，从分子结构及官能团密度方面实现突破性改变，使其在高温条件下依然保持优异的阻垢性和分散性；
2)本发明通过氨基酸、羧酸酐、磺酸盐在引发剂和催化剂的作用下共聚制备了一种新型的耐高温多元共聚物；
3)本发明通过超支化大分子、多元共聚物和改性壳聚糖制备了一种可用于多级闪蒸及海水淡化系统耐高温阻垢分散剂；
4)本发明所制备的多级闪蒸及海水淡化用耐高温阻垢分散剂与目前同类产品相比具有优异的性能，尤其在阻硫酸盐、硅垢方面更加突出，实现多效蒸发及海水淡化系统高效节能稳定运行；
5)制备的多级闪蒸及海水淡化用耐高温阻垢分散剂的使用不会对系统后期分盐产生影响，可有效推动工业废水零排放的发展进程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1
有机膦超支化大分子的制备
在反应釜中，加入1000ml去离子水，升温至80-90℃，加入1mol三聚氰胺缓慢溶解，然后加入3.5mol琥珀酸酐110-120℃共热反应1.5h，再加入3mol三聚氰胺，130℃反应1.5h，降温至60℃以下，加入20mol 37wt％的福尔马林、25mol盐酸，混匀，在混合液中滴加含20mol亚磷酸溶液，滴加温度低于60℃，滴加完毕后，105℃下回流2h，得到有机膦超支化大分子。
实施例2
多元共聚物的制备
S1：在反应釜中加入10重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠和15重量份的去离子水，搅拌溶解；
S2：将5重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠溶于10重量份的去离子水中，加入高位槽1中；
S3：将20重量份的过氧化氢(27.5％含量)加入高位槽2中；
S4：向反应釜中依次加入5重量份L-天冬氨酸、20重量份琥珀酸酐、0.005重量份的五氧化二钒，搅拌混均，升温至110-115℃回流1.5h后降温至105-110℃；
S5：将高位槽1中的磺酸盐溶液和高位槽2中的引发剂缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后继续反应1.5h，得到多元共聚物A1。
实施例3
多元共聚物的制备
S1：在反应釜中加入10重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠、5重量份的苯乙烯磺酸钠和35重量份的去离子水，搅拌溶解；
S2：将5重量份的苯乙烯磺酸钠溶于15重量份的去离子水中，加入高位槽1中；
S3：将15重量份的过氧化氢(27.5％含量)加入高位槽2中；
S4：向反应釜中依次加入10重量份的谷氨酸、25重量份的琥珀酸酐、0.01重量份的五氧化二钒，搅拌混均，升温至110-115℃回流1.5h后降温至105-110℃；
S5：将高位槽1中的磺酸盐溶液和高位槽2中的引发剂缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后继续反应2h，得到多元共聚物A2。
实施例4
多元共聚物的制备
S1：在反应釜中加入10重量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠和35重量份的去离子水，搅拌溶解；
S2：将5重量份的苯乙烯磺酸钠溶于15重量份的去离子水中，加入高位槽1中；
S3：将15重量份的过硫酸铵水溶液(35％含量)加入高位槽2中；
S4：向反应釜中依次加入5重量份的L-天冬氨酸、5重量份的谷氨酸、10重量份的琥珀酸酐、10重量份的邻苯二甲酸酐、0.01重量份的五氧化二钒，搅拌混均，升温至110-115℃回流2h后降温至105-110℃；
S5：将高位槽1中的磺酸盐溶液和高位槽2中的引发剂缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后继续反应2h，得到多元共聚物A3。
实施例5
耐高温阻垢分散剂的制备
将20重量份实施例1制备的有机膦超支化大分子、30重量份多元共聚物A2、10重量份羧甲基-季铵两性壳聚糖、40重量份去离子水加入反应釜中，常温下搅拌30min，混匀后得到耐高温阻垢分散剂。
实施例6
耐高温阻垢分散剂的制备
将15重量份实施例1制备的有机膦超支化大分子、23重量份多元共聚物A2、15重量份羧乙基-季铵两性壳聚糖、20重量份去离子水加入反应釜中，常温下搅拌20min，混匀后得到耐高温阻垢分散剂。
实施例7
耐高温阻垢分散剂的制备
将25重量份实施例1制备的有机膦超支化大分子、47重量份多元共聚物A1、10重量份羧甲基-季铵两性壳聚糖、45重量份去离子水加入反应釜中，常温下搅拌30min，混匀后得到耐高温阻垢分散剂。
实施例8
耐高温阻垢分散剂的制备
将20重量份实施例1制备的有机膦超支化大分子、35重量份多元共聚物A3、15重量份羧乙基-季铵两性壳聚糖、30重量份去离子水加入反应釜中，常温下搅拌30min，混匀后得到耐高温阻垢分散剂。
对比例1
阻垢分散剂的制备方法与实施例5的制备方法相同，其不同之处是，不添加有机膦超支化大分子。
对比例2
阻垢分散剂的制备方法与实施例5的制备方法相同，其不同之处是，实施例1制备的有机膦超支化大分子的添加量为10重量份。
对比例3
阻垢分散剂的制备方法与实施例5的制备方法相同，其不同之处是，将20重量份有机膦超支化大分子替换为10重量份的乙二胺四甲叉膦酸盐EDTMP和10重量份羟基乙叉二膦酸HEDP。
对比例4
阻垢分散剂的制备方法与实施例5的制备方法相同，其不同之处是，多元共聚物A2替换为AA-HPA-AMPS三元共聚物。
对比例5
阻垢分散剂的制备方法与实施例5的制备方法相同，其不同之处是，不添加羧甲基-季铵两性壳聚糖。
对比例6
专利CN104925968B的方法制备耐盐耐高温阻垢剂的。
对比例7
专利CN103449617B的方法制备的耐高温淀粉基阻垢剂。
对比例8
专利CN107902768A的方法制备的耐高温阻垢剂。
将本发明制备的耐高温阻垢分散剂与对比例制备的阻垢剂进行阻垢性能对比实验，水样为蒸发结晶系统浓缩废水，其浓缩水的主要水质指标：总硬度1063.62mmol/L，硫酸根64520.04mg/L，氯离子37520.04mg/L，钙离子1697.65mg/L，镁离子3537.13mg/L，硅酸根843.52mg/L，电导率167.51ms/cm。阻垢性能测试方法参照GB/T 16632-2008碳酸钙沉积法，实验结果如表1所示。
表1实验结果数据
Figure BDA0002799950030000071
Figure BDA0002799950030000081
以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明；但对于本领域的普通技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：超支化大分子15-25份、多元共聚物23-47份、改性壳聚糖10-15份、去离子水20-45份；
所述超支化大分子为以三聚氰胺为核的有机膦超支化大分子；
所述多元共聚物通过氨基酸、羧酸酐、磺酸盐共聚制备。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，所述有机膦超支化大分子的结构式为：
Figure FDA0002799950020000011
3.根据权利要求2所述的一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，有机膦超支化大分子的制备方法为：
在反应釜中，加入1000ml去离子水，升温至80-90℃，加入1mol三聚氰胺缓慢溶解，然后加入3.5mol琥珀酸酐110-120℃共热反应1-2h，再加入3mol三聚氰胺，130℃反应1.5-2h，降温至60℃以下，加入20mol37wt％的福尔马林、25mol盐酸，混匀，在混合液中滴加含20mol亚磷酸溶液，滴加完毕后，105℃下回流2h，得到产物。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，所述改性壳聚糖为羧甲基-季铵两性壳聚糖、羧乙基-季铵两性壳聚糖中的一种或两种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，所述多元共聚物包括以下重量份数的原料：
氨基酸5-10份、羧酸酐20-25份、磺酸盐15-20份、引发剂15-20份、去离子水25-45份。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，所述氨基酸为L-天冬氨酸、谷氨酸中的一种或两种的混合；
所述羧酸酐为琥珀酸酐、乙酸酐、邻苯二甲酸酐中的一种或多种的混合。
7.根据权利要求5所述的一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，所述磺酸盐为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠、苯乙烯磺酸钠中的一种或两种的混合。
8.根据权利要求5所述的一种耐高温阻垢分散剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、过氧化氢中的一种或两种的混合。
9.根据权利要求5-8任一项所述的耐高温阻垢分散剂，其特征在于，所述多元共聚物的制备方法包括以下步骤：
S1：在反应釜中加入10-15重量份的磺酸盐和15-35重量份的去离子水，搅拌溶解；
S2：将5重量份的磺酸盐溶于10-15重量份的去离子水，加入高位槽1中；
S3：将15-20重量份的引发剂加入高位槽2中；
S4：向反应釜中依次加入5-10重量份氨基酸、20-25重量份羧酸酐、0.005-0.01重量份的五氧化二钒，搅拌混均，升温至110-115℃回流1.5-2h后降温至105-110℃；
S5：将高位槽1中的磺酸盐溶液和高位槽2中的引发剂缓慢滴加到反应釜中，滴加完成后继续反应1.5-2h，得到多元共聚物。
10.根据权利要求1-9任一项权利要求所述的耐高温阻垢分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将15-25重量份的有机膦超支化大分子、23-47重量份的多元共聚物、10-15重量份的改性壳聚糖、20-45重量份的去离子水加入反应釜中，搅拌20-30min，混匀后得到耐高温阻垢分散剂。
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