CN105884052B - 一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，其中，所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨55～60份；水45～50份；钨酸钠0.7～1.2份；三溴化锑0.2～0.5份；季铵化聚乙烯亚胺0.2～0.5份；植酸0.2～0.4份；有机膦酸0.5～1.0份。本发明使用溴化镨溶液替代水作为传热介质，只需30℃即可开始启动传热，并在溴化镨溶液中添加由钨酸钠、三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺、植酸和有机膦酸复配而成的阻垢缓蚀剂，可同时有效解决太阳能循环供暖***的腐蚀和结垢问题，确保了太阳能循环供暖***长期、安全、经济和稳定的运行。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能供暖领域。更具体地说，本发明涉及一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液。
背景技术
太阳能供暖***一般由太阳能集热器、储热水箱、连接管路、辅助热源、散热部件及控制***组成，太阳能供暖利用太阳能集热器收集太阳光的热量并转化成热能，再通过循环***将热量导入至热储存水箱，待水箱温度满足温度要求时，使其流动经过管路和散热器即室内暖气片中的空腔，通过水在散热器腔体中的循环来提高室内的温度。
但由于水的启动温度高，水的强传递必须超过或达到100℃，一般水暖的启动升温经过近2h才能达到室温，锅炉需要对管路中大量的循环水进行加热，能源消耗大，且供暖***中的循环水流经的路径长，高温水在流动中易因蒸发产生损失，需经常补充管道内水份。
此外，由于热储存水箱及连接管路的材质多为金属，在供暖***长期运行过程中，金属在水中是不稳定的，会发生电化学腐蚀，并通过腐蚀达到各自的稳定状态，同时水箱及连接管路中由于颗粒沉降、微生物絮凝、盐类析出等原因还会形成水垢，水中溶解氧的存在更会加剧金属设备的腐蚀反应，并可能造成严重的垢下腐蚀，使金属遭受局部腐蚀。相反，金属表面被腐蚀，其表面性状被改变，结垢现象也会加剧。腐蚀和结垢之间复杂的协同作用会导致热传导率下降、管路被锈块堵塞甚至引起泄露等严重的不良后果，大大降低了供暖***的使用寿命，影响了对太阳能资源的利用效率。
发明内容
作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，使用溴化镨溶液替代水作为传热介质，只需30℃即可开始启动传热，并在溴化镨溶液中添加由钨酸钠、三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺、植酸和有机膦酸复配而成的阻垢缓蚀剂，可同时有效解决太阳能循环供暖***的腐蚀和结垢问题，确保了太阳能循环供暖***长期、安全、经济和稳定的运行。基于这种发现，完成了本发明。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其能够显著提高太阳能供暖的热导效率及传热速度，且添加的复配阻垢缓蚀剂对金属具有优良的缓蚀和阻垢效果，保证了太阳能供暖***的长期正常运行。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，所述超导液包括如下重量份组分：
上述超导介质的组分配方中，溴化镨的启动温度低，只需30℃即可激发，温度的传递速度可达25米/min以上，10分钟内即可将暖气片加热，远远高于现有水暖启动升温需1～2h的现状，但溴化镨溶液对金属材料也存在一定的腐蚀性。
钨酸钠、三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺和植酸四种物质之间对金属的缓蚀具有一定的协同作用，其中，钨酸钠具有氧化性，可在金属表面生成钝化膜，但单一钨酸钠形成的钝化膜存在缺陷和空隙，钝化膜不够致密，缓蚀率低且用量大；三溴化锑可沉积于阴极区域，与钨酸钠共同富集于金属表面，可明显降低钨酸钠的使用量；季铵化聚乙烯亚胺可吸附于金属表面，并通过与金属离子络合，不但消除了钨酸盐所形成钝化膜的缺陷区域，且在钝化膜外层又形成了一层新的三维网络吸附层，季铵化聚乙烯亚胺可同时抑制阴极上的析氢过程和阳极上的金属溶出过程；植酸可与钨酸钠钝化膜缺陷处的金属络合，形成一层致密保护膜，并可与季铵化聚乙烯亚胺一起参与金属表面膜的形成，进一步提高表面膜的稳定性；
同时，植酸含有的多个羟基、膦酰基等官能团对水中的金属离子有很好的分散能力，具有一定的阻垢能力，有机膦酸对多种金属离子均具有较好的螯合作用，有效阻止金属离子与成垢阴离子的结合，植酸和有机膦酸的配合使用具有较好的阻垢分散性能，阻垢效果好。
优选的是，其中，所述有机膦酸包括50～65wt％的乙二胺四甲叉膦酸、15～30wt％的羟基乙叉二膦酸和10～25wt％的甘氨酸二甲叉膦酸，其中，乙二胺四甲叉膦酸，有机膦酸分子中含有–PO3H2、–COOH或–OH等多种官能团，其阻垢能力与分子中的磷含量不存在单一简单的关系，单一有机膦酸使用时，需要较高的添加量，乙二胺四甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸和甘氨酸二甲叉膦酸配合使用，可明显降低有机膦酸的使用量，且与单一有机膦酸相比可有效得抑制垢层的形成和增长。
优选的是，其中，所述超导液的pH为9.0～9.5，在此pH范围内溴化镨对金属的腐蚀程度最小，且在此pH范围内添加的阻垢缓蚀成分具有更稳定和长效的阻垢缓蚀性能。
优选的是，其中，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度高于48mol％，以确保季铵化聚乙烯亚胺与金属表面之间的吸附能力，提高缓蚀作用。
优选的是，其中，所述水箱及连接管路的内壁材质为不锈钢、铜、碳钢或低合金钢，本发明阻垢缓蚀剂对上述几种材质均有较高的缓蚀作用。
优选的是，其中，所述溴化镨在超导液的质量比例为58wt％，当溴化镨的质量分数过低时，金属材料的腐蚀会加剧，这可能是由于氧在稀溶液中的溶解度比浓溶液大，加速了腐蚀反应的发生，当溴化镨在超导液的质量比例为58wt％时，既可保证超导液的高热传导速率，又可降低对金属的腐蚀作用。
优选的是，其中，所述水为纯水，以防止自来水在长时间循环加热条件下结垢，影响暖气片传热或循环管路的堵塞。
优选的是，其中，所述纯水的电导率小于2μs/cm，以确保水中无机金属离子的充分去除，提高供暖设备的使用寿命。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明制备得到溴化镨超导液启动温度低，热传导速度快，十分钟左右即可将暖气片加热，显著提高了太阳供暖的能源利用效率、实用性和便利性；
(2)本发明在超导液中添加的五种组分具有一定的协同作用，可有效抑制太阳能供暖超导液在长时间循环中的结垢和腐蚀问题，阻垢缓蚀效果持久，且添加量低，经济效益高；
(3)本发明的热超导液性能优良、稳定性高、效果持久，大幅度提高了太阳能供暖***设备的运行质量，使用寿命可长达五十年之久。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实例1>
一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨55份；水45份；钨酸钠1.2份；三溴化锑0.5份；季铵化聚乙烯亚胺0.5份；植酸0.4份；有机膦酸1.0份。
其中，所述有机膦酸包括50wt％的乙二胺四甲叉膦酸、30wt％的羟基乙叉二膦酸和20wt％的甘氨酸二甲叉膦酸，所述超导液的pH为9.0，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为50mol％，所述水箱及连接管路的内壁材质为不锈钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.6μs/cm。
采用本实例1制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对不锈钢的缓蚀性能见表1。
<实例2>
一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨60份；水50份；钨酸钠0.7份；三溴化锑0.2份；季铵化聚乙烯亚胺0.2份；植酸0.2份；有机膦酸0.5份。
其中，所述有机膦酸包括65wt％的乙二胺四甲叉膦酸、25wt％的羟基乙叉二膦酸和10wt％的甘氨酸二甲叉膦酸，所述超导液的pH为9.5，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为49mol％，所述水箱及连接管路的内壁材质为不锈钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.8μs/cm。
采用本实例2制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对不锈钢的缓蚀性能见表1。
<实例3>
一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨57份；水47份；钨酸钠1.0份；三溴化锑0.3份；季铵化聚乙烯亚胺0.3份；植酸0.3份；有机膦酸0.8份。
其中，所述有机膦酸包括55wt％的乙二胺四甲叉膦酸、30wt％的羟基乙叉二膦酸和15wt％的甘氨酸二甲叉膦酸，所述超导液的pH为9.2，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为51mol％，所述水箱及连接管路的内壁材质为铜，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.4μs/cm。
采用本实例3制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对铜的缓蚀性能见表1。
<实例4>
一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨56份；水49份；钨酸钠0.8份；三溴化锑0.25份；季铵化聚乙烯亚胺0.25份；植酸0.3份；有机膦酸0.6份。
其中，所述有机膦酸包括60wt％的乙二胺四甲叉膦酸、15wt％的羟基乙叉二膦酸和25wt％的甘氨酸二甲叉膦酸，所述超导液的pH为9.2，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为53mol％，所述水箱及连接管路的内壁材质为碳钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.5μs/cm。
采用本实例4制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对碳钢的缓蚀性能见表1。
<实例5>
一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨58份；水47份；钨酸钠1.1份；三溴化锑0.4份；季铵化聚乙烯亚胺0.45份；植酸0.35份；有机膦酸0.8份。
其中，所述有机膦酸包括55wt％的乙二胺四甲叉膦酸、25wt％的羟基乙叉二膦酸和20wt％的甘氨酸二甲叉膦酸，所述超导液的pH为9.4，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为52mol％，所述水箱及连接管路的内壁材质为低合金钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.2μs/cm。
采用本实例5制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对低合金钢的缓蚀性能见表1。
为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：
<比较例1>
在选取超导液组分物质时，超导液中不添加三溴化锑，即所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨60份；水50份；钨酸钠0.7份；季铵化聚乙烯亚胺0.2份；植酸0.2份；有机膦酸0.5份，其余参数与实例2中的完全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例1制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对不锈钢的缓蚀性能见表1。
<比较例2>
在选取超导液组分物质时，超导液中不添加植酸，即所述超导液包括如下重量份组分：溴化镨57份；水47份；钨酸钠1.0份；三溴化锑0.3份；季铵化聚乙烯亚胺0.3份；有机膦酸0.8份，其余参数与实例3中的完全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例2制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对铜的缓蚀性能见表1。
<比较例3>
在选取超导液中的有机膦酸组分时，有机膦酸仅选用单一的乙二胺四甲叉膦酸0.6份，其余参数与实例4中的完全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例3制备得到的溴化镨超导液的导热系数、阻垢率及对碳钢的缓蚀性能见表1。
通过如下方法对各实例和比较例的到的产物进行验证：
导热系数的测定：采用TC3000通用型导热系数仪分别测定制备得到的各超导热介质在0℃、30℃温度下的导热系数；
阻垢性能的测试：采用GB/T 16632-2008中的碳酸钙沉积法测定制备超导液的阻垢性能；
缓蚀性能的测定：清洗与各实例和比较例中相同的金属实验管材，烘干处理后，精确称重，将每种金属实验管材分别相对应置于各实例和比较例制备的超导热介质中，在45℃温度及吹氧状态下持续浸泡10天，然后进行烘干处理，精确称重，再经计算即可得到金属材料在各超导热介质中的腐蚀量。
表1各实例和比较例中溴化镨的各性能参数
从上表1能够看出，本发明制备得到的超导液的传热系数远高于水的传热系数(30℃，0.62W/m·k)，且其传热系数受温度的影响不大，适用于寒冷北方的供暖需求。
比较例1与实例相比，不锈钢的腐蚀速率明显增加，这说明超导液中三溴化锑的添加可与钨酸钠产生较好的协同增效作用，进一步提高超导液的缓蚀性能。
比较例2与实例相比，超导液的阻垢性能明显下降，且其对铜腐蚀速率也有所增加，这说明植酸与有机膦酸复配可提高超导液的阻垢性能，并且植酸也可在一定程度上抑制金属的腐蚀反应；
比较例3与实例相比，超导液的阻垢性能明显下降，这说明单一有机膦酸的添加不能起到良好的阻垢效果。
可见，本发明的溴化镨超导热介质具有较高的热导效率及传热速度，并通过在溴化镨溶液中添加由钨酸钠、三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺、植酸和有机膦酸复配而成的阻垢缓蚀剂，可对太阳能供暖设备起到有效的缓蚀和阻垢双重作用，且作用时间长，稳定性好，显著提高了太阳能供暖设备的使用寿命。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的具体实例。
Claims (8)
1.一种具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器***，其特征在于，所述超导液包括如下重量份组分：
2.如权利要求1所述的具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其特征在于，所述有机膦酸包括50～65wt％的乙二胺四甲叉膦酸、15～30wt％的羟基乙叉二膦酸和10～25wt％的甘氨酸二甲叉膦酸。
3.如权利要求1所述的具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其特征在于，所述超导液的pH为9.0～9.5。
4.如权利要求1所述的具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其特征在于，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度高于48mol％。
5.如权利要求1所述的具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其特征在于，所述水箱及连接管路的内壁材质为不锈钢、铜、碳钢或低合金钢。
6.如权利要求1所述的具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其特征在于，所述溴化镨在超导液中的质量比例为58wt％。
7.如权利要求1所述的具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其特征在于，所述水为纯水。
8.如权利要求7所述的具有长效阻垢缓蚀性能的溴化镨超导液，其特征在于，所述纯水的电导率小于2μs/cm。
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