CN117735740A - 一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，涉及阻垢剂制备技术领域。净化丙烯酸钠废水与叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS按照质量比为1/3‑3:1的比例进行混合，通过投加助剂，使其发生化学反应；然后将反应产物减压浓缩至固含量≥30％的最终产物，该最终产物的极限黏数在0.05‑0.20之间，当作为阻垢剂投加量为10mg/L时，对磷酸钙的阻垢率≥93％。本发明通过循环利用完全解决了丙烯酸钠废水排放问题，直接实现碳减排，而且利用其制备出磷酸钙阻垢效率优异的阻垢剂，使资源得到再利用，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及阻垢剂制备技术领域，具体涉及一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法。
背景技术
目前国内外处理丙烯酸钠废水的方法大致有几种，例如芬顿氧化法、焚烧法、湿式氧化法以及稀释后生化法处理。然而，芬顿氧化法处理的成本较高，产生污泥量大而且单位时间处理能力较小。焚烧法消耗能量较多，而且高温焚烧后产生的盐容易堵塞炉膛。湿式氧化法一般需要在高温高压的条件下反应，因此需要设备具备耐高温高压、耐腐蚀等要求，设备成本较高。稀释后采用生化法不符合环保理念，并且含有丙烯酸钠的废水对生物有毒害作用，会破坏区域的生态环境。
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目前，缺乏一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法。
发明内容
为解决以上问题，本发明的目的在于提供一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，不但可以完全解决丙烯酸钠废水排放问题，同时可以采用简短工艺即可将其加工成阻垢效果优异的阻垢剂。
为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：本发明的一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括如下步骤：
步骤(1)，将净化丙烯酸钠废水与叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS按质量比为1/3-3:1的比例进行混合；
步骤(2)，将转移剂固体溶解于净化丙烯酸钠废水和AMPS的混合料液中，向其中滴加引发剂水溶液，滴加时间30min-120min，待滴加完毕，将混合物料至于60℃-90℃保温90min-180min，制得反应产物；
步骤(3)，将步骤(2)的反应产物减压浓缩制得共聚阻垢剂。
进一步地，在步骤(1)中，净化丙烯酸钠废水为丙烯酸钠废水从上到下通过活性炭颗粒层后的废水，颗粒炭的碘吸附值为850-950，pH值为碱性；丙烯酸钠废水为丙烯酸与丁醇反应后，加碱分离出的废水。
进一步地，在步骤(1)中，颗粒活性炭需要定期通过蒸汽再生，蒸汽温度≤150℃，再生废水与丙烯酸钠废水混合后再次作为丙烯酸钠废水处理及使用。
更进一步地，在步骤(2)中，引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾中的一种或几种的组合，引发剂的加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的1％-4％。
进一步地，在步骤(2)中，转移剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾或亚硫酸氢铵中的一种或几种的组合，转移剂的加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的6％-12％。
进一步地，在步骤(3)中，减压浓缩的表压为-0.06--0.08MPa下进行，产生的冷凝水COD＜100mg/L，可以用于引发剂的水溶液配制，引发剂的质量浓度为5％-20％，剩余冷凝水回用于生产喷淋用水。
进一步地，在步骤(3)中，共聚阻垢剂的固含量≥30％。
更进一步地，在步骤(3)中，共聚阻垢剂的极限黏数为0.05-0.20，当作为阻垢剂投加量为10mg/L时，对磷酸钙的阻垢率≥93％。
采用GB/T 22626-2008水处理剂阻垢性能的测定磷酸钙沉积法，将最终产物用于模拟废水的阻垢研究，模拟废水含PO4 3-5mg/L，Ca2+浓度为100mg/L，pH值为9.0。
有益效果：本发明通过循环利用完全解决了丙烯酸钠废水排放问题，直接实现碳减排，而且利用其制备出磷酸钙阻垢效率优异的阻垢剂，使资源得到再利用，生产成本降低。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明在净化丙烯酸钠废水以及利用丙烯酸钠废水为原料再加工的过程，都不产生二次废水污染，完全解决丙烯酸钠废水排放问题，直接实现碳减排。
(2)利用净化丙烯酸钠废水为原料，合成磷酸钙阻垢效率优异的阻垢剂，使资源得到再利用，降低了生产成本。
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图说明
图1为本发明的共聚阻垢剂的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，下列所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都将落入本发明保护范围。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
本实施例提供了一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括：
步骤(1)，将净化丙烯酸钠废水与叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS按质量比为1/3-3:1的比例进行混合；净化丙烯酸钠废水为丙烯酸钠废水从上到下通过活性炭颗粒层后的废水，颗粒炭的碘吸附值为850-950，pH值为碱性；丙烯酸钠废水为丙烯酸与丁醇反应后，加碱分离出的废水。颗粒活性炭需要定期通过蒸汽再生，蒸汽温度≤150℃，再生废水与丙烯酸钠废水混合后再次作为丙烯酸钠废水处理及使用。
步骤(2)，将转移剂固体溶解于净化丙烯酸钠废水和AMPS的混合料液中，向其中滴加引发剂水溶液，滴加时间30min-120min，待滴加完毕，将混合物料至于60℃-90℃保温90min-180min，制得反应产物；
步骤(3)，将步骤(2)的反应产物减压浓缩制得共聚阻垢剂。减压浓缩的表压为-0.06--0.08MPa下进行，产生的冷凝水COD＜100mg/L，可以用于引发剂的水溶液配制，配制质量浓度为5％-20％。共聚阻垢剂的固含量≥30％。共聚阻垢剂的极限黏数为0.05-0.20，当作为阻垢剂投加量为10mg/L时，对磷酸钙的阻垢率≥93％。
采用GB/T 22626-2008水处理剂阻垢性能的测定磷酸钙沉积法，将最终产物用于模拟废水的阻垢研究，模拟废水含PO4 3-5mg/L，Ca2+浓度为100mg/L，pH值为9.0。
实施例丙烯酸钠废水是丙烯酸与丁醇反应后，加碱分离出的废水，该废水的指标为丙烯酸钠含量13％，pH值7-8，醋酸钠含量0.4％，色度435，经过颗粒活性炭后得到色度小于50的净化丙烯酸钠废水。起始用于配制引发剂水溶液的水为软化水。模拟废水指标为PO4 3-5mg/L，钙离子的浓度为100mg/L，pH值9.0左右，得到的最终产物采用GB/T 22626-2008水处理剂阻垢性能的测定磷酸钙沉积法测定其阻垢性能。颗粒活性炭、引发剂和转移剂都是工业品。
在一些实施例中，引发剂为过硫酸铵，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的1％。转移剂为亚硫酸氢铵，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的10％。
在一些实施例中，引发剂为过硫酸铵，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的4％。转移剂为亚硫酸氢钾，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的8％。
在一些实施例中，引发剂为过硫酸钠，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的1％。转移剂为亚硫酸氢钾和亚硫酸氢铵的组合，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的12％。
在一些实施例中，引发剂为过硫酸钠和过硫酸钾的组合，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的4％。转移剂为亚硫酸氢铵，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的6％。
在一些实施例中，引发剂为过硫酸钾，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的3％。转移剂为亚硫酸氢钾，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的10％。
在一些实施例中，引发剂为过硫酸铵，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的2％。转移剂为亚硫酸氢钠，加入量为净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的6％。
实施例1
如图1所示，本发明的一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括如下步骤：取净化丙烯酸钠废水250g、质量分数为13％的AMPS水溶液250g，二者混合后，置于1L四口烧瓶中，装上电动搅拌器、温度计和回流管，放于水浴中。称量6.5g亚硫酸氢铵(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的10％)均匀倒入四口烧瓶，在500rpm下充分溶解，之后一直保持搅拌。然后称量0.65g过硫酸铵(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的1％)，用去离子水将其溶解成质量浓度10％的引发剂水溶液，通过蠕动泵向其中滴加，控制滴加时间30min，待滴加完毕后，将水浴温度升至70℃，使混合料液在该温度下保温180min。保温完毕，连接水环式真空泵和电加热套，在-0.065MPa下脱水浓缩。测定最终产物固含量为33.14％、极限黏数为0.1874dL/g，游离单体0.19％。
实施例2
本发明的一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括如下步骤：取净化丙烯酸钠废水375g、质量分数为13％的AMPS水溶液125g，二者混合后，置于1L四口烧瓶中，装上电动搅拌器、温度计和回流管，放于水浴中。称量5.2g亚硫酸氢钾(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的8％)均匀倒入四口烧瓶，在500rpm下充分溶解，之后一直保持搅拌。然后称量2.6g过硫酸铵(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的4％)，用去离子水将其溶解成质量浓度5％的引发剂水溶液，通过蠕动泵向其中滴加，控制滴加时间90min，待滴加完毕后，将水浴温度升至60℃，使混合料液在该温度下保温90min。保温完毕，连接水环式真空泵和电加热套，在-0.072MPa下脱水浓缩。测定最终产物固含量为31.75％、极限黏数为0.0836dL/g，游离单体0.13％。
实施例3
本发明的一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括如下步骤：取净化丙烯酸钠废水125g、质量分数为13％的AMPS水溶液375g，二者混合后，置于1L四口烧瓶中，装上电动搅拌器、温度计和回流管，放于水浴中。称量3.9g亚硫酸氢钾和3.9g亚硫酸氢铵(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的12％)均匀倒入四口烧瓶，在500rpm下充分溶解，之后一直保持搅拌。然后称量0.65g过硫酸钠(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的1％)，用去离子水将其溶解成质量浓度20％的引发剂水溶液，通过蠕动泵向其中滴加，控制滴加时间90min，待滴加完毕后，将水浴温度升至90℃，使混合料液在该温度下保温150min。保温完毕，连接水环式真空泵和电加热套，在-0.06MPa下脱水浓缩。测定最终产物固含量为33.01％、极限黏数为0.0547dL/g，游离单体0.15％。
实施例4
本发明的一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括如下步骤：取净化丙烯酸钠废水300g、质量分数为13％的AMPS水溶液200g，二者混合后，置于1L四口烧瓶中，装上电动搅拌器、温度计和回流管，放于水浴中。称量3.9g亚硫酸氢铵(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的6％)均匀倒入四口烧瓶，在500rpm下充分溶解，之后一直保持搅拌。然后称量1.3g过硫酸钠和1.3g过硫酸钾(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的4％)，用去离子水将其溶解成质量浓度10％的引发剂水溶液，通过蠕动泵向其中滴加，控制滴加时间60min，待滴加完毕后，将水浴温度升至80℃，使混合料液在该温度下保温120min。保温完毕，连接水环式真空泵和电加热套，在-0.062MPa下脱水浓缩。测定最终产物固含量为32.47％、极限黏数为0.0753dL/g，游离单体0.12％。
实施例5
本发明的一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括如下步骤：取净化丙烯酸钠废水375g、质量分数为13％的AMPS水溶液125g，二者混合后，置于1L四口烧瓶中，装上电动搅拌器、温度计和回流管，放于水浴中。称量6.5g亚硫酸氢钾(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的10％)均匀倒入四口烧瓶，在500rpm下充分溶解，之后一直保持搅拌。然后称量1.95g过硫酸钾(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的3％)，用去离子水将其溶解成质量浓度15％的引发剂水溶液，通过蠕动泵向其中滴加，控制滴加时间120min，待滴加完毕后，将水浴温度升至60℃，使混合料液在该温度下保温180min。保温完毕，连接水环式真空泵和电加热套，在-0.074MPa下脱水浓缩。测定最终产物固含量为33.28％、极限黏数为0.0676dL/g，游离单体0.16％。
实施例6
本发明的一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，包括如下步骤：取净化丙烯酸钠废水200g、质量分数为13％的AMPS水溶液300g，二者混合后，置于1L四口烧瓶中，装上电动搅拌器、温度计和回流管，放于水浴中。称量3.9g亚硫酸氢钠(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的6％)均匀倒入四口烧瓶，在500rpm下充分溶解，之后一直保持搅拌。然后称量1.3g过硫酸铵(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的2％)，用去离子水将其溶解成质量浓度10％的引发剂水溶液，通过蠕动泵向其中滴加，控制滴加时间120min，待滴加完毕后，将水浴温度升至90℃，使混合料液在该温度下保温120min。保温完毕，连接水环式真空泵和电加热套，在-0.06MPa下脱水浓缩。测定最终产物固含量为34.01％、极限黏数为0.0905dL/g，游离单体0.13％。
对比例
与实施例3不同的是，对比例只采用净化丙烯酸钠废水作原料，未添加AMPS。
取净化丙烯酸钠废水500g置于1L四口烧瓶中，装上电动搅拌器、温度计和回流管，放于水浴中。称量3.9g亚硫酸氢钾和3.9g亚硫酸氢铵(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的12％)均匀倒入四口烧瓶，在500rpm下充分溶解，之后一直保持搅拌。然后称量0.65g过硫酸钠(相当于净化丙烯酸钠废水和AMPS混合料液总固含量的1％)，用去离子水将其溶解成质量浓度10％的引发剂水溶液，通过蠕动泵向其中滴加，控制滴加时间90min，待滴加完毕后，将水浴温度升至90℃，使混合料液在该温度下保温150min。保温完毕，连接水环式真空泵和电加热套，在-0.06MPa下脱水浓缩。测定最终产物固含量为32.78％、极限黏数为0.0605dL/g，游离单体0.18％。
试验例
将实施例1-6得到的最终产物依次记为样品1#-6#，对比例得到的最终产物记为样品7#，进行磷酸钙阻垢实验。
参照标准GB/T 22626-2008，准备模拟废水：指标为PO4 3-5mg/L，钙离子的浓度为100mg/L，pH值为9.0；空白试液为去离子水。
将模拟废水和空白试液分别至于不同的洁净锥形瓶，向其中分别投加1#-7#样品，投加量分三种情况，分别为0mg/L、5mg/L和10mg/L，将锥形瓶浸入恒温水浴中，当水浴温度升至(80±1)℃时，开始计时，恒温静置10h。
10h后，静置沉淀，趁热用中速定性滤纸过滤，滤液快速冷却至室温后，通过对比加样品、不加样品和空白试液的磷酸根浓度，得到阻垢率，阻垢率结果如表1所示。
表1
如表1所示，本发明单独利用净化丙烯酸钠废水再加工得到的产物阻磷酸钙效率明显低于与叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS共聚得到的产物效果，本发明的方法制得的阻垢剂阻垢效果优异。本发明可以大大提高丙烯酸钠废水的再利用价值。
以上所述，仅是本发明的部分实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改进，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)，将净化丙烯酸钠废水与叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS按质量比为1/3-3:1的比例进行混合；
步骤(2)，将转移剂固体溶解于净化丙烯酸钠废水和叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS的混合料液中，向其中滴加引发剂水溶液，滴加时间30min-120min，待滴加完毕，将混合物料至于60℃-90℃保温90min-180min，制得反应产物；
步骤(3)，将步骤(2)的反应产物减压浓缩制得共聚阻垢剂。
2.根据权利要求1所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述净化丙烯酸钠废水为丙烯酸钠废水从上到下通过活性炭颗粒层后的废水，颗粒炭的碘吸附值为850-950，pH值为碱性；所述丙烯酸钠废水为丙烯酸与丁醇反应后，加碱分离出的废水。
3.根据权利要求1所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述颗粒活性炭需要定期通过蒸汽再生，蒸汽温度≤150℃，再生废水与丙烯酸钠废水混合后再次作为丙烯酸钠废水处理及使用。
4.根据权利要求1所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1或4所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述引发剂的加入量为净化丙烯酸钠废水和叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS混合料液总固含量的1％-4％。
6.根据权利要求1所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述转移剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾或亚硫酸氢铵中的一种或几种的组合，所述转移剂的加入量为净化丙烯酸钠废水和叔丁基丙烯酰胺磺酸AMPS混合料液总固含量的6％-12％。
7.根据权利要求1所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述减压浓缩的表压为-0.06--0.08MPa下进行，产生的冷凝水COD＜100mg/L，可以用于引发剂的水溶液配制，引发剂的质量浓度为5％-20％，剩余冷凝水回用于生产喷淋用水。
8.根据权利要求1所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述共聚阻垢剂的固含量≥30％。
9.根据权利要求1所述的利用丙烯酸钠废水制备共聚阻垢剂的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述共聚阻垢剂的极限黏数为0.05-0.20，当作为阻垢剂投加量为10mg/L时，对磷酸钙的阻垢率≥93％。
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