CN112777758A - 一种环境友好型缓蚀阻垢剂及其制备方法 - Google Patents

一种环境友好型缓蚀阻垢剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环境友好型缓蚀阻垢剂，是由复合氨基酸离子液体、多磺酸根离子液体、葡萄糖酸钠、N‑羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2‑丙烯酰胺‑2甲基丙磺酸共聚物、钨酸铵、聚乙烯醇、茶多酚及水组成。所述复合氨基酸离子液体中[胆碱][精氨酸]、[胆碱][色氨酸]、[胆碱][苯丙氨酸]的摩尔比为1:1:1；所述多磺酸根离子液体由1,4‑丁烷磺酸内酯与六亚甲基四铵制备而成。本发明的缓蚀阻垢剂具有无磷的优势，其在使用过程中可以大大降低对环境的污染；在较低浓度下即可达到优异的缓蚀阻垢效果。

Description

一种环境友好型缓蚀阻垢剂及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别是涉及一种适用于循环冷却水的环境友好型缓蚀阻垢剂及其制备方法。
背景技术
目前，水处理技术已经成为节约用水、治理水污染以及合理开发水资源的重要手段。水处理技术即为通过一系列物理、化学以及生物手段，将被污染的水体进行处理，使之能满足环境需要、人民生活以及工业生产的一项技术。在整个工业中冷却循环水的用量占到了70%~80%，尤其在石油、化工、冶金和发电等行业循环水的比例更高，约占整个工业用水的90%以上。当冷却水在使用的过程中由于不断地循环使用将会不断地浓缩，与此同时冷却水中的矿物质由于水的蒸发从而使得冷却水系统的管道设备将会受到腐蚀和结垢。因此，为了确保工业生产的顺利进行同时到达节约用水的目的，在循环水的运行过程中添加一些缓释阻垢剂其不仅能防止管道的腐蚀和结垢，通海还能确保设备的正常运转。
目前国家对环境保护的要求趋于严格，而且对于磷的使用已经被许多国家和地区列入了工业企业禁止排放之中，因此环保型无磷缓释阻垢剂的应用和开发已经成为水处理研究领域的焦点。目前研究的绿色处理剂中比较多的是聚天冬氨酸，聚天冬氨酸由于分子上的羧基在溶液中将会被电离形成羧基负离子，其能够与Ca2+、Mg2+、Fe2+等一些金属离子发生络合反应，从而抑制这些离子与其它离子的结合，同时由于其结构主链上的肽键很容易受到真菌、微生物等作用而断裂，最终降解的产物为CO2和H2O。如中国专利200810079676.9中公开了一种利用聚天冬氨酸、氨基三亚甲基膦酸、水解马来酸酐、丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、聚丙烯酸和水制备的一种循环水阻垢剂，其具有安全可靠、易于配置、使用方便等特点，但是聚天冬氨酸氨酸价格较高，且其本身的缓蚀阻垢性能一般难达到很高的水平，并且其主要靠与含磷的盐复合使用才能达到较好的阻垢效果。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种环境友好型缓蚀阻垢剂，它能实现在工业循环冷却水中达到几乎不结垢和零排放的效果。
为了达到以上此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种环境友好型缓蚀阻垢剂，是由复合氨基酸离子液体、多磺酸根离子液体、葡萄糖酸钠、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物、钨酸铵、聚乙烯醇、茶多酚及水组成，
作为一种优选实施方式，所述的环境友好型缓蚀阻垢剂，是由如下重量份的原料制备而成的：复合氨基酸离子液体20%~35%、多磺酸根离子液体5%~10%、葡萄糖酸钠10%~16%、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物10~15%、钨酸铵2%~4%、聚乙烯醇1%~3%、茶多酚2%~5%、其余为水。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温下搅拌1h后，再置于70℃的水浴中进一步浓缩使混合溶液呈现粘稠状，即为缓蚀阻垢剂。
作为一种优选实施方式，所述复合氨基酸离子液体中[胆碱][精氨酸]、[胆碱][色氨酸]、[胆碱][苯丙氨酸]的摩尔比为1:1:1，所述复合氨基酸离子液体的结构如下：
Figure 1
作为一种优选实施方式，所述复合氨基酸离子液体的制备方法为：将精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和胆碱溶于去离子水中，在室温下搅拌直至其完全溶解，将混合溶液转移至微波反应釜中，然后将其在100 W~300 W的条件下于35~75oC反应2h~4h，随后将混合溶液转移至旋转蒸发仪中减压蒸馏除去多余的水，得到白色的氨基酸离子液体混合物；所述精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和胆碱溶的物质的量之比为1：1：1：3，所述精氨酸与去离子水的物质的量浓度为0.1mol/600mL；具体地，将0.1moL精氨酸，0.1mol色氨酸，0.1moL苯丙氨酸和0.3moL胆碱溶于100~500 mL去离子水中。
作为一种优选实施方式，所述多磺酸跟离子液体的结构如下所示：
Figure 203620DEST_PATH_IMAGE002
式2多磺酸根离子液体。
作为一种优选实施方式，所述多磺酸根离子液体的制备步骤为：
将1,4-丁烷磺酸内酯与六亚甲基四铵6:1的摩尔比混合后置于微波反应釜中，将其在200 W的功率下于90oC反应4h，随后取出样品进行真空抽滤并干燥后得到中间产物；向得到的中间产物中滴加浓硫酸，保持浓硫酸与中间产物的的摩尔比1:1，并再次置于微波反应器中于250 W的功率下于70 ℃处理2h，得到多磺酸根离子液体。
作为一种优选实施方式，所述N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物的制备步骤：将N-羟基邻苯二甲酰亚胺，丙烯酸和2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸按照1:2:1的摩尔比进行混合后向其中添加过硫酸铵和氢氧化钠的溶液，将所得到的混合物转移至80℃的水浴中在搅拌条件下处理3h后即可得到黄色粘稠状的液体，其中过硫酸铵添加量为混合物总质量的5%~8%，氢氧化钠的滴加量为混合物总质量的3%~6%。
在本发明中复合氨基酸离子液体的能在清洁金属表面上吸附，形成一层吸附膜，以疏水基阻止水和溶解氧等向金属表面扩散，来抑制腐蚀反应，同时形成的致密单分子层吸附膜对铁和铜都有比较好的缓蚀效果。多磺酸跟离子液体在水中能离解生成含有磺酸根离子，在与碳酸钙微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象而使微晶表面形成双电层，能够有效防止弱亲水性共聚物与水中离子反应而生成难溶的钙凝胶。N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物，一方面它能够快速吸附在金属表面形成一层很薄的膜，保护金属免受大气及水中有害介质的腐蚀进而强化缓蚀效果，另一方面其同时具有羧基、磺酸基、酰胺基等官能团，多种官能团与磺酸根离子液体之间发挥协同作用达到共同阻垢的效果；葡萄糖酸钠对水溶液中的Fe2+、Cu2+、Ca2+等离子有极好的络合能力；钨酸铵和Cl-在金属表面钝化膜缺陷处可以发生“竞争吸附”，由于WO4 2-削弱了Cl-的吸附，因而增强了钝化膜抗点蚀的能力，在一定程度上抑制了点蚀的发生。聚乙烯醇和茶多酚可以协同脱除循环水中的酸性气体，抑制其在管道系统中发生腐蚀。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1）本发明的缓蚀阻垢剂具有无磷的优势，其在使用过程中可以大大降低对
环境的污染；
2）本发明的缓蚀阻垢剂在使用过程中在较低浓度下即可达到优异的缓蚀
阻垢效果；
3）本发明的缓蚀阻垢剂应用于工业循环冷却水系统，可以延长使用周期，
保证企业生产的顺利进行，大大降低企业的用水成本。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
在评价缓蚀阻垢剂的性能时采用 GB/T8175-2000旋转挂片标准，实验温度设定为50℃，转速设定为100r/min，试验时间为100h，Q255钢片；阻垢性能的测定参照GB/T16632-2008碳酸钙沉积法标准，实验温度为70oC，恒温48h。
实施例1
1）复合氨基酸离子液体的步骤如下：
分别称取0.1moL精氨酸，0.1 mol色氨酸，0.1moL苯丙氨酸和0.3 moL胆碱溶于100mL去离子水中，在室温下搅拌直至其完全溶解，将混合溶液转移至微波反应釜中，然后将其在300 W的条件下于75oC反应2h，随后将混合溶液转移至旋转蒸发仪中减压蒸馏除去多余的水，得到白色的氨基酸离子液体混合物。
2）多磺酸跟离子液体的制备步骤如下：
将1,4-丁烷磺酸内酯与六亚甲基四铵6:1的摩尔比混合后置于微波反应釜中，将其在200 W的功率下于90oC反应4h，随后取出样品进行真空抽滤并干燥后得到中间产物；向得到的中间产物中滴加浓硫酸，保持浓硫酸与中间产物的的摩尔比1:1，并再次置于微波反应器中于250 W的功率下于70 ℃处理2h，得到多磺酸根离子液体。
3）N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物的制备步骤：将N-羟基邻苯二甲酰亚胺，丙烯酸和2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸按照1:2:1的摩尔比进行混合后向其中添加过硫酸铵和氢氧化钠的溶液，将所得到的混合物转移至80℃的水浴中在搅拌条件下处理3h后即可得到黄色粘稠状的液体，其中过硫酸铵添加量为混合物总质量的5%，氢氧化钠的滴加量为混合物总质量的6%。
缓蚀阻垢剂中各组分按所占重量比计：复合氨基酸离子液体20%、多磺酸根离子液体10%、葡萄糖酸钠10%、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物15%、钨酸铵4%、聚乙烯醇3%、茶多酚2%、其余为水。
将上述各组分按照质量比分别取料后在常温下搅拌1h后，再置于70℃的水浴中进一步浓缩使混合溶液呈现粘稠状，即为缓蚀阻垢剂。测试结果显示本发明的测定的腐蚀速率为0.012mm/a，阻垢率为99.6%。
实施例2
1）复合氨基酸离子液体的步骤如下：
分别称取0.1moL精氨酸，0.1 mol色氨酸，0.1moL苯丙氨酸和0.3 moL胆碱溶于500mL去离子水中，在室温下搅拌直至其完全溶解，将混合溶液转移至微波反应釜中，然后将其在300 W的条件下于75oC反应2h，随后将混合溶液转移至旋转蒸发仪中减压蒸馏除去多余的水，得到白色的氨基酸离子液体混合物。
2）多磺酸跟离子液体和N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物的制备步骤同实施例1；
缓蚀阻垢剂中各组分按所占重量比计：复合氨基酸离子液体35%、多磺酸根离子液体5%、葡萄糖酸钠、16%、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物10%、钨酸铵2%、聚乙烯醇1%、茶多酚5%、其余为水。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温下搅拌1h后，再置于70℃的水浴中进一步浓缩使混合溶液呈现粘稠状，即为缓蚀阻垢剂。测试结果显示本发明的测定的腐蚀速率为0.008mm/a，阻垢率为99.3%。
实施例3
1）复合氨基酸离子液体的步骤如下：
分别称取0.1moL精氨酸，0.1 mol色氨酸，0.1moL苯丙氨酸和0.3 moL胆碱溶于300mL去离子水中，在室温下搅拌直至其完全溶解，将混合溶液转移至微波反应釜中，然后将其在300 W的条件下于75oC反应2h，随后将混合溶液转移至旋转蒸发仪中减压蒸馏除去多余的水，得到白色的氨基酸离子液体混合物。
2）多磺酸跟离子液体和N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物的制备步骤同实施例1；
缓蚀阻垢剂中各组分按所占重量比计：复合氨基酸离子液体28%、多磺酸根离子液体8%、葡萄糖酸钠13%、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物13%、钨酸铵3%、聚乙烯醇2%、茶多酚3%、其余为水。将上述各组分按照质量比分别取料后在常温下搅拌1h后，再置于70℃的水浴中进一步浓缩使混合溶液呈现粘稠状，即为缓蚀阻垢剂。测试结果显示本发明的测定的腐蚀速率为0.009mm/a，阻垢率为98.6%。
对比实施例1
多磺酸跟离子液体和N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物的制备步骤同实施例1；
缓蚀阻垢剂中各组分按所占重量比计：多磺酸根离子液体10%、葡萄糖酸钠10%、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物15%、钨酸铵4%、聚乙烯醇3%、茶多酚2%、其余为水。
将上述各组分按照质量比分别取料后在常温下搅拌1h后，再置于70℃的水浴中进一步浓缩使混合溶液呈现粘稠状，即为缓蚀阻垢剂。测试结果显示本发明的测定的腐蚀速率为0.104mm/a，阻垢率为78.2%。
对比实施例2
复合氨基酸离子液体和N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物的制备步骤同实施例1；
复合氨基酸离子液体20%、葡萄糖酸钠10%、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物15%、钨酸铵4%、聚乙烯醇3%、茶多酚2%、其余为水。
将上述各组分按照质量比分别取料后在常温下搅拌1h后，再置于70℃的水浴中进一步浓缩使混合溶液呈现粘稠状，即为缓蚀阻垢剂。测试结果显示本发明的测定的腐蚀速率为0.074mm/a，阻垢率为84.6%。

Claims (7)

1.一种环境友好型缓蚀阻垢剂，其特征在于：是由复合氨基酸离子液体、多磺酸根离子液体、葡萄糖酸钠、N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物、钨酸铵、聚乙烯醇、茶多酚及水组成；
所述复合氨基酸离子液体为[胆碱][精氨酸]、[胆碱][色氨酸]、[胆碱][苯丙氨酸]的复合物，相应的结构如式1所示；所述多磺酸根离子液体的结构式为：
Figure 704216DEST_PATH_IMAGE001
。
2.如权利要求1所述的环境友好型缓蚀阻垢剂，其特征在于，是由如下重量份的原料制备而成的：
复合氨基酸离子液体 20%~35%、
多磺酸根离子液体 5%~10%、
葡萄糖酸钠 10%~16%、
羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物 10~15%、
钨酸铵 2%~4%、
聚乙烯醇 1%~3%、
茶多酚 2%~5%、
水 余量。
3.如权利要求1所述的环境友好型缓蚀阻垢剂，其特征在于：所述复合氨基酸离子液体中[胆碱][精氨酸]、[胆碱][色氨酸]、[胆碱][苯丙氨酸]的摩尔比为1:1:1。
4.如权利要求1所述的环境友好型缓蚀阻垢剂，其特征在于：复合氨基酸离子液体的制备方法为将精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和胆碱溶于去离子水中，在室温下搅拌直至其完全溶解，将混合溶液转移至微波反应釜中，然后将其在100 W~300 W的条件下于35~75oC反应2h~4h，随后将混合溶液转移至旋转蒸发仪中减压蒸馏除去多余的水，得到白色的氨基酸离子液体混合物；所述精氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和胆碱溶的物质的量之比为1：1：1：3，所述精氨酸与去离子水的物质的量浓度为0.1mol/600mL。
5.如权利要求4所述的环境友好型缓蚀阻垢剂，其特征在于：将0.1moL精氨酸，0.1mol色氨酸，0.1moL苯丙氨酸和0.3moL胆碱溶于100~500 mL去离子水中。
6.如权利要求1所述的环境友好型缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述多磺酸根离子液体的制备步骤为：将1,4-丁烷磺酸内酯与六亚甲基四铵6:1的摩尔比混合后置于微波反应釜中，将其在200 W的功率下于90oC反应4h，随后取出样品进行真空抽滤并干燥后得到中间产物；向得到的中间产物中滴加浓硫酸，保持浓硫酸与中间产物的摩尔比1:1，并再次置于微波反应器中于250 W的功率下于70 ℃处理2h，得到多磺酸根离子液体。
7.如权利要求1所述的环境友好型缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述N-羟基邻苯二甲酰亚胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸共聚物的制备步骤为：将N-羟基邻苯二甲酰亚胺，丙烯酸和2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸按照1:2:1的摩尔比进行混合后向其中添加过硫酸铵和氢氧化钠的溶液，将所得到的混合物转移至80℃的水浴中在搅拌条件下处理3h后即可得到黄色粘稠状的液体，其中过硫酸铵添加量为混合物总质量的5%~8%，氢氧化钠的滴加量为混合物总质量的3%~6%。
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