CN113248666A - 一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂，属于水处理药剂技术领域，该阻垢分散剂包括如下原料：阻垢组分、丙烯酸和烯丙基磺酸钠；该阻垢分散剂通过如下步骤制备：第一步、将丙烯酸和去离子水混合，调节pH值为7，然后加入烯丙基磺酸钠，得到混合单体溶液；第二步、将阻垢组分和去离子水混合，搅拌1h，然后在温度为55‑60℃条件下，加入过硫酸铵，然后滴加混合单体溶液，滴加结束后，继续反应3h。本发明中阻垢组分、丙烯酸和烯丙基磺酸钠发生接枝共聚，其中羧基抑制成核离子簇的稳定作用和对晶核聚集，磺酸基可以减弱钙离子的桥接作用。通过在阻垢组分中引入抗菌组分，提高抗菌效果，提高阻垢效率。

Description

一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂

技术领域

本发明属于水处理药剂技术领域，具体涉及一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂。

背景技术

反渗透是一种膜分离技术，在反渗透膜分离技术的实际应用中，膜污染问题是影响该技术可靠性的决定性因素。反渗透膜是除盐水系统中的核心部件，在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子等由于物理化学作用或机械作用而在膜表面或膜孔内吸附、沉积、造成膜孔径变小或堵塞，使膜的性能下降。反渗透膜的污染一般可以分成悬浮物或胶体污染、无机沉积物污染、有机物污染和生物污染。在膜处理过程中，由于原水的不断浓缩，容易在膜表面生成金属氧化物和硅酸化合物、有机物等沉积物，影响膜装置的正常运行，从而出现颗粒、胶体和难溶盐的污堵的情况，这种情况不仅会严重影响膜的产水量，降低脱盐率，而且减少膜的寿命。

发明内容

本发明提供一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂，包括如下原料：阻垢组分、丙烯酸和烯丙基磺酸钠；

该阻垢分散剂通过如下步骤制备：

第一步、将丙烯酸和去离子水混合，然后用质量分数20%的氢氧化钠水溶液调节pH值为7，然后加入烯丙基磺酸钠，得到混合单体溶液；

第二步、将阻垢组分和去离子水混合，在氮气保护、温度为65-70℃条件下，搅拌1h，然后在温度为55-60℃条件下，加入过硫酸铵，然后滴加混合单体溶液，滴加结束后，继续搅拌反应3h，反应结束后，将得到的反应液用丙酮沉淀，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤，洗涤结束后，在60℃真空条件下干燥至恒重，得到一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂。

进一步地，第一步中丙烯酸、去离子水和烯丙基磺酸钠的用量比为1.2-1.3g：20mL：0.7-0.8g；第二步中阻垢组分、去离子水、过硫酸铵和混合单体溶液的用量比为10g：100mL：0.6g：20-24mL。

进一步地，阻垢组分通过如下步骤制备：

步骤A11、将丙烯酸和去离子水混合，然后加入氢氧化钠水溶液，调节pH值为6，得到混合液，将得到的混合液和壳聚糖混合，在温度为90℃条件下，搅拌反应5h，反应结束后，用氢氧化钠调节pH值为10，然后离心分离，保留上清液，向上清液中加入2倍体积的体积分数为95%的乙醇溶液，减压抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤，洗涤结束后在70℃真空条件下干燥至恒重，得到中间体a；其中，氢氧化钠水溶液的质量分数为20%；丙烯酸、去离子水和壳聚糖的用量比为1g：40mL：3g；

步骤A12、将中间体a和甲醇混合，然后加入抗菌组分，在温度为25℃条件下搅拌反应72h，反应结束后，将得到的反应液减压抽滤，然后在40℃干燥至恒重，得到中间体b；其中，步骤A12中中间体a、甲醇和抗菌组分的用量比为0.1g：10mL：4g；

步骤A13、将中间体b、质量分数50%的氢氧化钠溶液和无水乙醇混合，在温度为30℃条件下搅拌1h，然后加入氯乙酸的乙醇溶液，在温度为65℃条件下搅拌反应3h，反应结束后，用盐酸溶液调节pH值为7，再用无水乙醇洗涤三遍，过滤得到的滤饼在60℃真空条件下干燥至恒重，得到阻垢组分；其中，步骤A13中氯乙酸的乙醇溶液为氯乙酸和无水乙醇按照用量比1g：10mL混合而成；中间体b、质量分数50%的氢氧化钠溶液、无水乙醇和氯乙酸的乙醇溶液的用量比为5g：10mL：70mL：5mL。

进一步地，抗菌组分通过如下步骤制备：

步骤S11、将氢氧化钾和去离子水混合，然后滴加1，2-苯并异噻唑-3-酮的水溶液，在温度为0℃条件下滴加氯乙酸水溶液，滴加结束后，将温度升为90℃，搅拌反应4h，反应结束后，将反应液温度降为室温，减压浓缩除去溶剂，然后在40℃、真空条件下干燥至恒重，得到中间体1；其中，步骤S11中氢氧化钾和去离子水的用量比为0.11mol：30mL；1，2-苯并异噻唑-3-酮的水溶液为1，2-苯并异噻唑-3-酮和去离子水按照用量比0.01mol：10mL混合而成，氯乙酸水溶液为氯乙酸和去离子水按照用量比0.01mol：5mL混合而成，氢氧化钾、1，2-苯并异噻唑-3-酮和氯乙酸的用量摩尔比为1.1：1：1；

反应过程如下所示：

步骤S12、将中间体1、N，N-二甲基甲酰胺和2-氯-4-硝基苯胺混合，在室温条件下加入1-羟基苯并三唑和1-乙基-3(3-二甲基丙胺)碳二亚胺，在室温条件下搅拌反应20h，反应结束后，将得到的反应液和去离子水混合，然后减压抽滤，滤饼用去离子水洗涤，洗涤结束后，在40℃、真空条件下干燥至恒重，得到中间体2；其中，步骤S12中中间体1、N，N-二甲基甲酰胺和2-氯-4-硝基苯胺的用量比为1g：50mL：0.05mol；2-氯-4-硝基苯胺、1-羟基苯并三唑和1-乙基-3(3-二甲基丙胺)碳二亚胺的用量摩尔比为1.2：1：1；

反应过程如下所示：

步骤S13、将中间体2和催化剂悬浮液混合，在温度为50℃、常压、通入氢气条件下搅拌反应10h，反应结束后，减压抽滤，将滤液减压浓缩除去溶剂，用乙酸乙酯和甲苯按照体积比2：5混合而成的混合液重结晶，得到抗菌组分；其中，步骤S13中催化剂悬浮液为钯/炭催化剂和乙酸乙酯按照用量比1g：100mL混合而成，中间体2、催化剂悬浮液的用量比为1g：10mL。

反应过程如下所示：

本发明的有益效果：

本发明中制备了阻垢组分，阻垢组分、丙烯酸和烯丙基磺酸钠发生接枝共聚，在该阻垢分散剂中引入了羧基和磺酸基，其中羧基对钙离子的络合作用，共聚物羧酸基团对成核离子簇的稳定作用和对晶核聚集的抑制作用进一步加强，其中磺酸基与钙离子的亲和力较弱，适当地引入磺酸基可以减弱钙离子的桥接作用，提高聚合物的水溶性，有效抑制硫酸钙均相成核作用。

阻垢组分制备过程中，通过壳聚糖和丙烯酸反应，在壳聚糖上引入了羧基，得到中间体a，中间体a上的羧基和抗菌组分上的氨基反应，使中间体a和抗菌组分通过酰胺键结合到一起制得中间体b，中间体b上的羟基和氯乙酸上的氯或者羧基反应制得阻垢组分；在阻垢组分中引入了抗菌组分，抗菌组分中含有苯并异噻唑啉酮结构，该结构通过断开细菌和藻类蛋白质的键而起杀生作用，其与微生物接触后，能迅速地不可逆地抑制其生长，从而导致微生物细胞的死亡，故对常见细菌、真菌、藻类等有很强的抑制和杀灭作用，杀生效率高，降解性好，具有不产生残留，操作安全，配伍性好，稳定性强，使用成本低等特点，不仅有良好的杀菌效果，而且对于阻钙垢以及铁的分散性能都有跃升的正面效果。造成反渗透膜污堵的颗粒或胶体常常包括淤泥、胶体硅、铁腐蚀产物，还包括细菌，如果不能在澄清池或介质过滤器中有效的去除，也可能引起膜的污堵，本发明中通过在阻垢组分中引入抗菌组分，提高抗菌效果，提高阻垢效率。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。

实施例1

制备抗菌组分：

步骤S11、将氢氧化钾和去离子水混合，然后滴加1，2-苯并异噻唑-3-酮的水溶液，在温度为0℃条件下滴加氯乙酸水溶液，滴加结束后，将温度升为90℃，搅拌反应4h，反应结束后，将反应液温度降为室温，减压浓缩除去溶剂，然后在40℃、真空条件下干燥至恒重，得到中间体1；

步骤S12、将中间体1、N，N-二甲基甲酰胺和2-氯-4-硝基苯胺混合，在室温条件下加入1-羟基苯并三唑和1-乙基-3(3-二甲基丙胺)碳二亚胺，在室温条件下搅拌反应20h，反应结束后，将得到的反应液和去离子水混合，然后减压抽滤，滤饼用去离子水洗涤，洗涤结束后，在40℃、真空条件下干燥至恒重，得到中间体2；

步骤S13、将中间体2和催化剂悬浮液混合，在温度为50℃、常压、通入氢气条件下搅拌反应10h，反应结束后，减压抽滤，将滤液减压浓缩除去溶剂，用乙酸乙酯和甲苯按照体积比2：5混合而成的混合液重结晶，得到抗菌组分。

其中，步骤S11中氢氧化钾和去离子水的用量比为0.11mol：30mL；1，2-苯并异噻唑-3-酮的水溶液为1，2-苯并异噻唑-3-酮和去离子水按照用量比0.01mol：10mL混合而成，氯乙酸水溶液为氯乙酸和去离子水按照用量比0.01mol：5mL混合而成，氢氧化钾、1，2-苯并异噻唑-3-酮和氯乙酸的用量摩尔比为1.1：1：1；步骤S12中中间体1、N，N-二甲基甲酰胺和2-氯-4-硝基苯胺的用量比为1g：50mL：0.05mol；2-氯-4-硝基苯胺、1-羟基苯并三唑和1-乙基-3(3-二甲基丙胺)碳二亚胺的用量摩尔比为1.2：1：1；步骤S13中催化剂悬浮液为钯/炭催化剂和乙酸乙酯按照用量比1g：100mL混合而成，中间体2、催化剂悬浮液的用量比为1g：10mL。

实施例2

制备阻垢组分：

步骤A11、将丙烯酸和去离子水混合，然后加入氢氧化钠水溶液，调节pH值为6，得到混合液，将得到的混合液和壳聚糖混合，在温度为90℃条件下，搅拌反应5h，反应结束后，用氢氧化钠调节pH值为10，然后离心分离，保留上清液，向上清液中加入2倍体积的体积分数为95%的乙醇溶液，减压抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤，洗涤结束后在70℃真空条件下干燥至恒重，得到中间体a；

步骤A12、将中间体a和甲醇混合，然后加入抗菌组分，在温度为25℃条件下搅拌反应72h，反应结束后，将得到的反应液减压抽滤，然后在40℃干燥至恒重，得到中间体b；

步骤A13、将中间体b、质量分数50%的氢氧化钠溶液和无水乙醇混合，在温度为30℃条件下搅拌1h，然后加入氯乙酸的乙醇溶液，在温度为65℃条件下搅拌反应3h，反应结束后，用盐酸溶液调节pH值为7，再用无水乙醇洗涤三遍，过滤得到的滤饼在60℃真空条件下干燥至恒重，得到阻垢组分。

其中，步骤A11中氢氧化钠水溶液的质量分数为20%；丙烯酸、去离子水和壳聚糖的用量比为1g：40mL：3g；步骤A12中中间体a、甲醇和抗菌组分的用量比为0.1g：10mL：4g；步骤A13中氯乙酸的乙醇溶液为氯乙酸和无水乙醇按照用量比1g：10mL混合而成；中间体b、质量分数50%的氢氧化钠溶液、无水乙醇和氯乙酸的乙醇溶液的用量比为5g：10mL：70mL：5mL；抗菌组分为实施例1制备的。

实施例3

制备阻垢分散剂：

第一步、将丙烯酸和去离子水混合，然后用质量分数20%的氢氧化钠水溶液调节pH值为7，然后加入烯丙基磺酸钠，得到混合单体溶液；

第二步、将阻垢组分和去离子水混合，在氮气保护、温度为65℃条件下，搅拌1h，然后在温度为55℃条件下，加入过硫酸铵，然后滴加混合单体溶液，滴加结束后，继续搅拌反应3h，反应结束后，将得到的反应液用丙酮沉淀，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤，洗涤结束后，在60℃真空条件下干燥至恒重，得到一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂。

其中，第一步中丙烯酸、去离子水和烯丙基磺酸钠的用量比为1.2g：20mL：0.7g；第二步中阻垢组分、去离子水、过硫酸铵和混合单体溶液的用量比为10g：100mL：0.6g：20mL；阻垢组分为实施例上制备的。

实施例4

制备阻垢分散剂：

第一步、将丙烯酸和去离子水混合，然后用质量分数20%的氢氧化钠水溶液调节pH值为7，然后加入烯丙基磺酸钠，得到混合单体溶液；

第二步、将阻垢组分和去离子水混合，在氮气保护、温度为68℃条件下，搅拌1h，然后在温度为58℃条件下，加入过硫酸铵，然后滴加混合单体溶液，滴加结束后，继续搅拌反应3h，反应结束后，将得到的反应液用丙酮沉淀，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤，洗涤结束后，在60℃真空条件下干燥至恒重，得到一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂。

其中，第一步中丙烯酸、去离子水和烯丙基磺酸钠的用量比为1.25g：20mL：0.75g；第二步中阻垢组分、去离子水、过硫酸铵和混合单体溶液的用量比为10g：100mL：0.6g：22mL；阻垢组分为实施例上制备的。

实施例5

制备阻垢分散剂：

第一步、将丙烯酸和去离子水混合，然后用质量分数20%的氢氧化钠水溶液调节pH值为7，然后加入烯丙基磺酸钠，得到混合单体溶液；

第二步、将阻垢组分和去离子水混合，在氮气保护、温度为70℃条件下，搅拌1h，然后在温度为60℃条件下，加入过硫酸铵，然后滴加混合单体溶液，滴加结束后，继续搅拌反应3h，反应结束后，将得到的反应液用丙酮沉淀，抽滤，滤饼用无水乙醇洗涤，洗涤结束后，在60℃真空条件下干燥至恒重，得到一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂。

其中，第一步中丙烯酸、去离子水和烯丙基磺酸钠的用量比为1.3g：20mL：0.8g；第二步中阻垢组分、去离子水、过硫酸铵和混合单体溶液的用量比为10g：100mL：0.6g：24mL；阻垢组分为实施例上制备的。

对比例1

与实施例2相比，不加抗菌组分，其余原料及制备过程保持不变。

对比例2

将实施例4中的阻垢组分换成对比例1中制备的样品，其余原料及制备过程保持不变。

对比例3

本对比例为按照专利号CN101811000B的方法制备得到的样品。

对实施例3-5和对比例2、3制备的样品进行测试，其中阻垢率按照国家标准GB/T16632-2008“水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法”进行测定，

测试结果如下表1所示：

表1

选用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌来检测样品抗菌性能。实验中选取实验浓度为：2mg/mL。通过牛津杯法研究样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌效果，结果如下表2所示：

表2

从表1和表2可知，本发明制得的用于反渗透膜的高效阻垢分散剂的阻垢性能和抑菌性能优异。

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。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂，包括如下原料：阻垢组分、丙烯酸和烯丙基磺酸钠，其特征在于，该阻垢分散剂通过如下步骤制备：

第一步、将丙烯酸和去离子水混合，然后用质量分数20%的氢氧化钠水溶液调节pH值为7，然后加入烯丙基磺酸钠，得到混合单体溶液；

第二步、将阻垢组分和去离子水混合，在氮气保护、温度为65-70℃条件下，搅拌1h，然后在温度为55-60℃条件下，加入过硫酸铵，然后滴加混合单体溶液，滴加结束后，继续搅拌反应3h，得到用于反渗透膜的高效阻垢分散剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂，其特征在于，第一步中丙烯酸、去离子水和烯丙基磺酸钠的用量比为1.2-1.3g：20mL：0.7-0.8g；第二步中阻垢组分、去离子水、过硫酸铵和混合单体溶液的用量比为10g：100mL：0.6g：20-24mL。

3.根据权利要求1所述的一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂，其特征在于，阻垢组分通过如下步骤制备：

步骤A11、将丙烯酸和去离子水混合，然后加入氢氧化钠水溶液，调节pH值为6，得到混合液，将得到的混合液和壳聚糖混合，在温度为90℃条件下，搅拌反应5h，得到中间体a；

步骤A12、将中间体a和甲醇混合，然后加入抗菌组分，在温度为25℃条件下搅拌反应72h，得到中间体b；

步骤A13、将中间体b、质量分数50%的氢氧化钠溶液和无水乙醇混合，在温度为30℃条件下搅拌1h，然后加入氯乙酸的乙醇溶液，在温度为65℃条件下搅拌反应3h，得到阻垢组分。

4.根据权利要求3所述的一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂，其特征在于，步骤A11中氢氧化钠水溶液的质量分数为20%；丙烯酸、去离子水和壳聚糖的用量比为1g：40mL：3g；步骤A12中中间体a、甲醇和抗菌组分的用量比为0.1g：10mL：4g；步骤A13中氯乙酸的乙醇溶液为氯乙酸和无水乙醇按照用量比1g：10mL混合而成；中间体b、质量分数50%的氢氧化钠溶液、无水乙醇和氯乙酸的乙醇溶液的用量比为5g：10mL：70mL：5mL。

5.根据权利要求3所述的一种用于反渗透膜的高效阻垢分散剂，其特征在于，抗菌组分通过如下步骤制备：

步骤S11、将氢氧化钾和去离子水混合，然后滴加1，2-苯并异噻唑-3-酮的水溶液，在温度为0℃条件下滴加氯乙酸水溶液，滴加结束后，将温度升为90℃，搅拌反应4h，得到中间体1；

步骤S12、将中间体1、N，N-二甲基甲酰胺和2-氯-4-硝基苯胺混合，在室温条件下加入1-羟基苯并三唑和1-乙基-3(3-二甲基丙胺)碳二亚胺，在室温条件下搅拌反应20h，得到中间体2；

步骤S13、将中间体2和催化剂悬浮液混合，在温度为50℃、常压、通入氢气条件下搅拌反应10h，得到抗菌组分。