CN113003739B - 一种含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理药剂技术领域，具体涉及一种含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂及其制备方法。该阻垢剂性能良好，能够有效抑制碳酸钙水垢的形成；含有荧光基团，可以在线监测水处理药剂的浓度；含有芘基团，这种四芳香环大共轭体系荧光性能更强，不易被氧淬灭；含有磺酸基团，磺酸基团亲水性强，能有效提高阻垢剂的分散能力；可以应用于海水循环和海水淡化领域，适用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及水处理药剂技术领域，具体涉及一种含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂及其制备方法。
背景技术
在大型海水循环冷却和海水淡化设备中，阻垢剂通常是集中投加，依靠设备中海水流动将阻垢剂分散到系统各位置。随着系统运行情况的变化，阻垢剂的含量会发生改变。为保障系统安全稳定运行，需要对阻垢剂含量进行检测。常见的检测方法是对现场采集水样进行水质分析，结合系统补水和排水分析系统运行情况。但是该方法消耗大量人力物力，而且检测时效相对滞后。荧光示踪技术可以在线实时监测系统内各位点阻垢剂含量，能够减低人工成本，增强时效性，保障系统运行稳定。
目前，荧光示踪技术已经得到了一定应用，效果良好。例如，公开号为CN1229091A的发明专利提出了一种含有示踪基团的聚合物，其主要成分为膦羧酸共聚物、膦化磺酸共聚物、多元羧酸共聚物及齐聚物等含膦聚合物，分子量范围为800-5000。该聚合物的合成方法是将反应液置于密闭容器中，温度控制在90-200℃之间。但是该合成条件过于苛刻，反应原料又难得，大大限制了其开发应用。再如，公开号为CN106315873的发明专利提出了一种荧光标记的阻垢剂，该阻垢剂通过乙烯基双硬脂、油酸酰、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙二醇、乙二胺四乙酸、硬脂酸甘油酯、聚马来酸酐等多种高分子化合物按照特定比例混合制成新型阻垢剂，各组分之间性质稳定，不会互相反应导致失效，而且易溶于水，能够起到良好的阻垢效果。
现有技术的研究没有涉及在海水领域的应用，而海水作为水资源高效利用的一个重要方向，将其充分利用可以节省大量淡水资源。本发明合成含荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂，增强了阻垢剂的分散性，实现了荧光示踪阻垢剂在海水综合利用中的应用。
发明内容
本发明提出了一种含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂及其制备方法，适用于海水循环冷却和海水淡化技术，具有良好的阻垢分散性能。
一种全新的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂，其结构式A如式1所示：
式中，m为4、5、6，聚合度x为1-1000，聚合度y为1-5000，聚合度z为1-3000。
上述含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂的制备方法包括以下步骤：
(i)采用芘丁酸和烯基醇为原料，加热，加热的温度控制在150-250℃，得到化合物B，其结构式如式2所示：
(ii)将制得的化合物B溶解在溶剂中，升温，升温温度为60-90℃，滴加过硫酸钠水溶液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸水溶液和马来酸水溶液中，恒温6-8小时后，冷却至室温，用氢氧化钠水溶液调节pH至5-7，得到化合物A，其数均分子量为1000-30000；
所述的烯基醇为己烯-1-醇、庚烯-1-醇、辛烯-1-醇、壬烯-1-醇中的任一种，作为优选地，所述的烯基醇采用壬烯-1-醇；
作为优选地，所述的步骤(i)中，加热的温度为180℃；
作为优选地，所述的步骤(ii)中，得到的化合物A的数均分子量为3000-23000。
本发明具有的优点和积极效果：
(1)该含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂阻垢性能良好，能够有效抑制碳酸钙水垢的形成。
(2)该含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂含有荧光基团，可以在线监测水处理药剂的浓度。
(3)该含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂在结构中含有芘基团，这种四芳香环大共轭体系荧光性能更强，不易被氧淬灭。
(4)该含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂在结构中含有磺酸基团，磺酸基团亲水性强，能有效提高阻垢剂的分散能力。
(5)该含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂可以应用于海水循环和海水淡化领域，适用范围广泛。
综上所述，本申请所提供的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂，能够有效抑制碳酸钙水垢的形成，可在线监测水处理药剂的浓度，不易被氧淬灭，能有效提高阻垢剂的分散能力，可应用于海水循环和海水淡化等领域。
附图说明
图1为实施例1、实施例2中的三元磺酸聚合物阻垢剂和空白例1氧化铁的对比分散效果图；
图2为实施例1中的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂的荧光强度和投加量的关系图；
图3为实施例2中的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂的荧光强度和投加量的关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细地描述，不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1：
一种含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂A1的制备，制备反应式如式3所示：
将2.30g芘丁酸与2.50g正壬烯-1-醇加入500ml三口瓶，加入100ml N,N-二甲基甲酰胺使其溶解，装上回流装置及分水器，加热至180℃，反应10小时。反应结束后冷却至室温，用乙酸乙酯和水萃取三次，旋干萃取液得到化合物B1，产率85％。
在500ml三口瓶中加入50ml去离子水、50ml无水乙醇和1.05g B1，升温至80℃，同时滴加5.61g过硫酸钠水溶液，2.36g马来酸和1.75g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸水溶液。滴加完毕后反应7小时。冷却至室温，用30％氢氧化钠溶液调节ph至5-7，得到含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂A1。
按照GB/T 34550.2-2017《海水冷却水处理药剂性能评价方法第2部分：阻垢性能的测定》，对含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂A1的阻垢性能进行碳酸钙阻垢实验测试，图1为实施例1中的三元磺酸聚合物阻垢剂和空白例1氧化铁的对比分散效果图，图2为实施例1中的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂的荧光强度和投加量的关系图，其实验结果如表Ⅰ所示。
表Ⅰ
实施例2：
一种含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂A2的制备，其制备反应式如式4所示：
将2.30g芘丁酸与2.50g正锌烯-1-醇加入500ml三口瓶，加入100ml N,N-二甲基甲酰胺使其溶解，装上回流装置及分水器，加热至210℃，反应8小时。反应结束后冷却至室温，用乙酸乙酯和水萃取三次，旋干萃取液得到化合物B2，产率73％。
在500ml三口瓶中加入50ml去离子水、50ml无水乙醇和1.01g B2，升温至70℃，同时滴加5.61g过硫酸钠水溶液，2.36g马来酸和1.75g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸水溶液。滴加完毕后反应8小时。冷却至室温，用30％氢氧化钠溶液调节ph至5-7，得到含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂A2。
按照GB/T 16632-2019《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》，对含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂A2阻垢性能进行碳酸钙阻垢实验测试，图1给出了实施例2中的三元磺酸聚合物阻垢剂和空白例1氧化铁的对比分散效果图，图3给出了实施例2中的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂的荧光强度和投加量的关系图，实验结果如表Ⅱ所示。
表Ⅱ
Claims (3)
1.一种含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂，其特征在于，结构式A如式1所示：
式1
式中，m为6，聚合度x为1-1000，聚合度y为1-5000，聚合度z为1-3000；
所述含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂由包括以下步骤的方法制备得到：
（i）采用芘丁酸和壬烯-1-醇为原料，加热，加热的温度控制在150-250℃，得到化合物B，其结构式如式2所示；
式2
（ii）将制得的化合物B溶解在溶剂中，升温，升温温度为60-90℃，滴加过硫酸钠水溶液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸水溶液和马来酸水溶液，恒温6-8小时后，冷却至室温，用氢氧化钠水溶液调节pH至5-7，得到化合物A，其数均分子量为1000-30000。
2.根据权利要求1所述的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（i）中，加热的温度为180℃。
3.根据权利要求1所述的含有荧光基团的三元磺酸聚合物阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤（ii）中，得到的化合物A的数均分子量为3000-23000。
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Denomination of invention: A ternary sulfonic acid polymer scale inhibitor containing fluorescent groups and its preparation method Effective date of registration: 20231109 Granted publication date: 20230110 Pledgee: China Construction Bank Corporation Tianjin Development Branch Pledgor: Tianjin Zhonghai Treatment Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980064888 |