CN105461085A - 一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂及其制备方法和应用，其由下列原料制备而成：无磷聚合物阻垢分散剂30-60份，无磷聚合物缓蚀剂？40-80份，碳酸钠？10-20份，锌盐？2-5份，酒石酸钠？6-10份，硅酸盐？2-8份，钨酸铵？4-8份，其他成分？10-15份；其中，所述其他成分由唑类、有机胺和水杨酸所组成；本发明的阻垢分散剂具有无磷、环保的良好特性，另外，本发明的无磷阻垢分散剂不仅对碳酸钙和磷酸钙具有优秀的阻垢分散能力，而且兼具分散氧化铁和稳定锌盐能力。

Description

一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，更具体的，涉及水处理试剂，特别是一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业生产的规模化和人口的急剧增加，水资源严重匮乏。循环冷却水用量占工业用水的60%-70%，合理节约循环冷却水是缩减工业用水量的最直接途径。节约循环冷却水的主要方法是提高循环冷却水的循环利用率，即加大浓缩倍数，但这又会给循环水***带来严重的腐蚀和结垢问题，对水处理工艺提出了更高的要求。为了保证循环水***在高硬度、高氯离子浓度、高有机物浓度等条件下正常运行，水处理药剂显得极为关键。
在工业水处理过程中，包括油田污水、化工企业以及发电厂的循环冷却水都涉及防垢技术。防垢剂的发展经历了无机盐、聚合电解质、天然高分子、有机磷酸、聚合物等阶段，共聚物阻垢剂是80年代开发的一类新型无害水处理剂。目前应用最广泛的是有机磷酸阻垢剂，如氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)等，但是含磷化合物会造成环境水体富营养化，导致水源污染。因此开发无磷、环境友好型的绿色阻垢剂己成为当今国内外的重要研究方向。
另外，随着水处理技术的发展，人们对阻垢分散剂提出了更高的要求。主要体现在两个面：一是除了具有阻碳酸钙、磷酸钙等的能力外，还要求阻垢分散剂具有良好的分散氧化铁能力，以减轻铁垢的沉积对换热效果和金属腐蚀的影响；二是由于锌盐在水处理药剂中作为缓蚀剂主成分的大量使用，导致锌垢极易沉积，为此要求阻垢分散剂同时具有稳定、分散锌盐的能力。也就是说，开发具有阻碳酸钙、磷酸钙垢兼具分散氧化铁和稳定锌盐能力的多功能阻垢分散剂成为水处理领域的迫切需要。为此，一些含不同官能团单体的共聚物被开发出来，如CN101264986报道了一种马来酸酐共聚物，在高钙离子浓度下仍然具有良好的阻垢分散能力，而且兼具分散氧化铁的能力，CN101186394B报道了一种阻垢分散剂，由丙烯酸、丙烯酰胺和磺酸单体共聚而成，不仅拥有良好的阻碳酸钙垢能力，而且具有优秀的分散氧化铁能力。CN101279798报道了一种马来酸、马来酸单酯和丙烯酸共聚物阻垢分散剂，对碳酸钙具有良好的阻垢分散性能，同时具有良好的稳定锌盐能力。虽然通过含不同官能团单体的组合实现了共聚物阻垢分散剂的多功能性，但是为了保持其多功能性，这些聚合物阻垢分散剂或多或少地牺牲了一些其他性能。如，为了使聚合物具有良好的稳定锌盐和分散氧化铁能力，不得不牺牲部分的阻碳酸钙能力。因此开发在各方面性能俱佳的共聚物阻垢分散剂仍然是水处理工作者的重点。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述局限，提供一种无磷、环保且性能优异的阻垢分散剂及其制备方法。本发明的无磷阻垢分散剂不仅对碳酸钙和磷酸钙具有优秀的阻垢分散能力，而且兼具分散氧化铁和稳定锌盐能力。另外，研究发现：本发明中的钨酸铵与酒石酸钠和硅酸盐组合在一起具有缓蚀增效作用，可以大大降低单一药剂的使用量，与含羧酸基无磷共聚物阻垢分散剂组成复合配方具有有效地抑制磷酸钙垢、锌垢和分散碳酸钙垢的性能，应用于循环水处理可解决常用有机膦药剂因磷含量高而对环境的危害。并且，本发明中，无磷聚合物阻垢分散剂为两种羧酸聚合物阻垢分散剂复配，比单一的聚合物阻垢分散剂具有更加优异的性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，由下列原料制成：无磷聚合物阻垢分散剂30-60份，无磷聚合物缓蚀剂40-80份，碳酸钠10-20份，锌盐2-5份，酒石酸钠6-10份，硅酸盐2-8份，钨酸铵4-8份，其他成分10-15份；其中，所述其他成分由唑类、有机胺和水杨酸所组成。
作为优选，本发明无磷环保缓蚀阻垢分散剂，由下列原料制成：无磷聚合物阻垢分散剂40-50份，无磷聚合物缓蚀剂50-60份，碳酸钠15-20份，锌盐3-4份，酒石酸钠7-9份，硅酸盐4-6份，钨酸铵5-7份，其他成分12-13份；其中，所述其他成分由唑类、有机胺和水杨酸所组成。
所述的无磷聚合物阻垢分散剂为马来酸/2-丙烯酰胺-2′-甲基丙烯磺酸共聚物和丙烯酸/丙烯酸酯/2-甲基-2′-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物按重量比1:1-2组成。
所述的无磷聚合物缓蚀剂为聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸按重量比1:1-3组成。
所述的有机胺为六次甲基四胺、硫脲、十二烷胺或羧酸酰胺。
所述的唑类为苯丙噻唑、甲基苯丙噻唑或巯基苯丙噻唑中的一种或一种以上。
所述其他成分中唑类、有机胺和水杨酸的重量比为1:0.5-2：2-5。
所述硅酸盐选自正硅酸钠、正硅酸钾、偏硅酸钠和偏硅酸钾中的至少一种。
所述的锌盐选自硫酸锌、氯化锌或乙酸锌。
本发明无磷环保缓蚀阻垢分散剂的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）在反应器中加入去离子水，启动搅拌器，搅拌下依次加入反应量的无磷聚合物缓蚀剂、碳酸钠、锌盐、酒石酸钠、硅酸盐和钨酸铵，并在常温下搅拌0.2-0.5h；
（2）往步骤（1）中的混合物中加入反应量的无磷聚合物阻垢分散剂，升温至40-50℃后搅拌反应1-2h；
（3）往步骤（2）中的混合物中加入反应量的其他成分，在常温下继续搅拌反应0.5-1h后过滤清液，包装即得无磷环保阻垢分散剂。
本发明还提供了一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂的应用，其具体应用于冶金高炉煤气洗涤、循环冷却水***以及电厂输灰***的阻垢分散。
本发明的有益效果：
（1）本发明是一种绿色环保的阻垢分散剂，通过使用两种无磷聚合物阻垢分散剂为原料，以钨酸铵与酒石酸钠和硅酸盐组合起到缓蚀增效的作用，能够提高阻垢剂的综合性能，且应用的范围更广，性质稳定，在同样投加浓度时比其他市售共聚物阻垢分散剂具有较好的阻碳酸钙垢，阻磷酸钙垢和稳定锌盐的性能，对氧化铁的分散性能也更好；
（2）避免由于磷的降解而导致循环水***Ca3(PO4)2垢的沉积，提高冷换设备的传热系数，降低能量消耗；
（3）本发明所述的阻垢分散剂制备工艺简单、原料易得、成本低，可广泛用于冷却水处理、低压锅炉水处理和反渗透水处理等领域。
具体实施方式
实施例1
（1）在反应器中加入去离子水，启动搅拌器，搅拌下依次加入60份的无磷聚合物缓蚀剂、10份碳酸钠、3份锌盐、7份酒石酸钠、5份硅酸盐和6份钨酸铵，并在常温下搅拌0.2h；
（2）往步骤（1）中的混合物中加入反应量的50份无磷聚合物阻垢分散剂，升温至50℃后搅拌反应1h；
（3）往步骤（2）中的混合物中加入12份的其他成分，在常温下继续搅拌反应0.6h后过滤清液，包装即得无磷环保阻垢分散剂；
其中，其他成分中唑类、有机胺和水杨酸的重量比为1:1：3。
实施例2
（1）在反应器中加入去离子水，启动搅拌器，搅拌下依次加入50份的无磷聚合物缓蚀剂、15份碳酸钠、4份锌盐、8份酒石酸钠、6份硅酸盐和5份钨酸铵，并在常温下搅拌0.3h；
（2）往步骤（1）中的混合物中加入反应量的45份无磷聚合物阻垢分散剂，升温至40℃后搅拌反应2h；
（3）往步骤（2）中的混合物中加入15份的其他成分，在常温下继续搅拌反应0.8h后过滤清液，包装即得无磷环保阻垢分散剂；
其中，其他成分中唑类、有机胺和水杨酸的重量比为1:0.5：2。
实施例3
（1）在反应器中加入去离子水，启动搅拌器，搅拌下依次加入80份的无磷聚合物缓蚀剂、20份碳酸钠、4份锌盐、9份酒石酸钠、7份硅酸盐和8份钨酸铵，并在常温下搅拌0.5h；
（2）往步骤（1）中的混合物中加入反应量的60份无磷聚合物阻垢分散剂，升温至45℃后搅拌反应1.5h；
（3）往步骤（2）中的混合物中加入15份的其他成分，在常温下继续搅拌反应0.8h后过滤清液，包装即得无磷环保阻垢分散剂；
其中，其他成分中唑类、有机胺和水杨酸的重量比为1:1.5：4。
实施例4
（1）在反应器中加入去离子水，启动搅拌器，搅拌下依次加入40份的无磷聚合物缓蚀剂、10份碳酸钠、2份锌盐、6份酒石酸钠、4份硅酸盐和5份钨酸铵，并在常温下搅拌0.3h；
（2）往步骤（1）中的混合物中加入反应量的40份无磷聚合物阻垢分散剂，升温至45℃后搅拌反应1h；
（3）往步骤（2）中的混合物中加入10份的其他成分，在常温下继续搅拌反应0.5h后过滤清液，包装即得无磷环保阻垢分散剂；
其中，其他成分中唑类、有机胺和水杨酸的重量比为1:1.2：3。
实施例5
（1）在反应器中加入去离子水，启动搅拌器，搅拌下依次加入55份的无磷聚合物缓蚀剂、16份碳酸钠、4份锌盐、8份酒石酸钠、6份硅酸盐和6份钨酸铵，并在常温下搅拌0.4h；
（2）往步骤（1）中的混合物中加入反应量的50份无磷聚合物阻垢分散剂，升温至40℃后搅拌反应2h；
（3）往步骤（2）中的混合物中加入12份的其他成分，在常温下继续搅拌反应0.7h后过滤清液，包装即得无磷环保阻垢分散剂；
其中，其他成分中唑类、有机胺和水杨酸的重量比为1:2：5。
关于本发明阻垢剂性能的评定：
表1试验水质：
名称 Ca2+ 总碱度 Cl- SO4 2- pH 正磷 Zn2+ 总铁 SiO2
再生水 356 310 278 326 8.7 0.52 0.24 0.66 78
注:pH无单位，其余单位为mg/L,Ca2+、总碱度、总硬度均以CaCO3计，正磷以PO4计，Zn2+以Zn计，总铁以Fe计。
表2本发明无磷环保缓蚀阻垢分散剂的阻垢性能：
阻CaCO3垢率，% 阻Ca(PO4)3垢率，% 稳锌率，% 稳铁率，%
实施例1 85.7 86.6 53.6 84.2
实施例2 86.1 86.9 55.7 85.7
实施例3 85.9 87.3 54.5 84.9
实施例4 87.2 88.1 53.3 83.8
实施例5 88.3 87.2 56.2 84.3
以上实施例说明，本发明的阻垢分散剂具有优异的阻CaCO3垢、阻Ca(PO4)3垢、稳定锌盐、稳定铁盐性能。
以上对本发明创造实施所提供的一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂及其制备方法进行了详细的介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明创造实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明创造的限制。

Claims (9)

1.一种无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，由下列原料制成：无磷聚合物阻垢分散剂30-60份，无磷聚合物缓蚀剂40-80份，碳酸钠10-20份，锌盐2-5份，酒石酸钠6-10份，硅酸盐2-8份，钨酸铵4-8份，其他成分10-15份；其中，所述其他成分由唑类、有机胺和水杨酸所组成。
2.根据权利要求1所述的无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，所述的无磷聚合物阻垢分散剂为马来酸/2-丙烯酰胺-2′-甲基丙烯磺酸共聚物和丙烯酸/丙烯酸酯/2-甲基-2′-丙烯酰胺基丙烷磺酸共聚物按重量比1:1-2组成。
3.根据权利要求1所述的无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，所述的无磷聚合物缓蚀剂为聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸按重量比1:1-3组成。
4.根据权利要求1所述的无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，所述的有机胺为六次甲基四胺、硫脲、十二烷胺或羧酸酰胺。
5.根据权利要求1所述的无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，所述的唑类为苯丙噻唑、甲基苯丙噻唑或巯基苯丙噻唑中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，所述其他成分中唑类、有机胺和水杨酸的重量比为1:0.5-2：2-5。
7.根据权利要求1所述的无磷环保缓蚀阻垢分散剂，其特征在于，所述的锌盐选自硫酸锌、氯化锌或乙酸锌。
8.一种权利要求1-7任一项所述无磷环保缓蚀阻垢分散剂的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤制备：
在反应器中加入去离子水，启动搅拌器，搅拌下依次加入反应量的无磷聚合物缓蚀剂、碳酸钠、锌盐、酒石酸钠、硅酸盐和钨酸铵，并在常温下搅拌0.2-0.5h；
往步骤（1）中的混合物中加入反应量的无磷聚合物阻垢分散剂，升温至40-50℃后搅拌反应1-2h；
往步骤（2）中的混合物中加入反应量的其他成分，在常温下继续搅拌反应0.5-1h后过滤清液，包装即得无磷环保阻垢分散剂。
9.如权利要求1-7任一项所述的无磷环保缓蚀阻垢分散剂的应用，其特征在于，其应用于冶金高炉煤气洗涤、循环冷却水***以及电厂输灰***的阻垢分散。
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