CN110921853A - 一种快速除垢的防腐环保型除垢剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速除垢的防腐环保型除垢剂及其制备方法和应用，除垢剂包括以下重量份的原料：草酸3‑40份；柠檬酸2‑20份；苹果酸3‑25份；单宁酸2‑12份；聚丙烯酸钠2‑15份；分散剂0.05‑1份；防腐剂10‑40份；去离子水50‑200份。除垢剂的制备方法为：S1草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸粉碎过筛；S2将S1的混合物和去离子水混合过后得到溶液A；S3将聚丙烯酸钠加入到溶液A中，加热，冷却后得溶液B；S4于溶液B中加入防腐剂和分散剂，混匀。本发明的除垢剂可用于中央空调冷却塔、水处理管道以及锅炉等的除垢，其具有环境污染小、除垢效率高以及一定杀菌率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及化学法除垢的技术领域，更具体地说，它涉及一种快速除垢的防腐环保型除垢剂及其制备方法和应用。
背景技术
中央空调的冷却塔在日常使用时都是暴露在空气中，空气中有很多的悬浮物、尘埃、杂质会不断的堆积在冷却塔中，所以冷却塔会出现污垢沉淀，冷却水***内也会滋生大量生物藻泥，造成堵塞现象。其次在冬季的时候，冷却塔很少需要使用，而冷却塔中会积累大量的水分，冷却塔中的水分就会对冷却塔的内部造成腐蚀，时间久了，就会腐蚀物质堆积，导致局部的腐蚀情况严重，影响导热性能。除此以外，冷却塔循环水内含无机盐、有机物和微生物等，在夏季水温能达到35℃以上，若冷却水长期使用不替换、长时间不清洗消毒或消毒不彻底等，就会滋生很多细菌，其中典型的细菌是“军团菌”，这种细菌会造成传染病。军团菌在冷却塔的冷却水中大量繁殖并形成微生物气溶胶，部分直接飘逸到冷却塔周围的空气中，使周围800米内都会受到影响。
目前国内针对冷却水***、工业冷却循环水***的酸性化学清洗药剂主要是采用盐酸、硫酸、硝酸、氟化氢铵等，其中以盐酸使用的最多。但是这些酸在使用的过程中会腐蚀设备，在使用中会和缓蚀剂配合使用，而技术人员在将酸和缓蚀剂配合使用的时候，酸和缓蚀剂的用量比不易控制，或者使用方法不当，极易出现酸使用过多，腐蚀设备。因此以有机弱酸制备得到的除垢剂受到大家的青睐。
申请号为201610709319.0的发明专利公开了一种无腐蚀性除垢剂，由以下各组分的质量份数组成，氨基磺酸35-45份、丙酸10-18份、聚丙烯酸钠6-7份、柠檬酸2-10份、磷酸3-8份、聚乙二醇40-50份、氯化铵1-3份、硫酸铵1-3份、除锈剂1-5份、去离子水91-99份。其具有一定的杀菌作用，同时对用水设备无腐蚀，预防污垢的形成，减少人工清理锅炉的次数，降低能源消耗，节约成本。
但是上述的申请文件中的除垢剂中含有磷酸，在一定程度上造成磷污染，同时其除垢的效率并未在文件中提及，而现有除垢剂的除垢时间较长，一般为8-15h，除垢效率低。
发明内容
针对现有技术存在的除垢时间太长、效率低的不足，本发明的第一个目的在于提供一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，其具有环境污染小、除垢效率高以及预防设备中有害微生物生长的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，其具有将原料混合的更加充分、使除垢剂的螯合以及吸附作用更强、操作简单高效。
本发明的第三个目的在于提供一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的应用，其具有应用广泛、除垢效果明显的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，所述除垢剂包含以下重量份的原料：
草酸3-40份；
柠檬酸2-20份；
苹果酸3-25份；
单宁酸2-12份；
聚丙烯酸钠2-15份；
分散剂0.05-1份；
防腐剂10-40份；
去离子水50-200份。
通过采用上述技术方案，草酸、柠檬酸、单宁酸和苹果酸的组合作为除垢剂，具有一定的酸性，能够将中央空调冷却塔内的锈垢除去，同时使得落在设备内的沉淀层松散，并为除垢剂提供了酸性环境。而聚丙烯酸钠作为一种螯合剂，能够有效地在酸性环境下将锈垢中的金属离子螯合，将锈垢高效去除，使得设备内表面更加光亮；檬酸、草酸以及苹果酸和聚丙烯酸钠的共同作用，形成共聚物，具有较好的螯合性，增强了除垢剂的去锈以及除垢能力，使得除垢过程更加高效。同时配合以分散剂的使用，将堆积在冷却塔内的悬浮物、尘埃、杂质等分散成较小的污泥块，便于在后期将这些固体沉淀物质冲洗出设备，提高除垢的效果。而大块的沉淀被分散成小的沉淀颗粒的时候，有利于除垢剂充分地和沉淀内锈垢的螯合、带电荷颗粒的吸附等，使得除垢的效率更高。除此以外，防腐剂的使用，提供一个杀菌/抑菌的环境，在草酸、柠檬酸和苹果酸的作用下形成酸性环境，进一步抑制军团菌等有害微生物的生长，有效抑菌。
进一步地，所述除垢剂包含以下重量份的原料：
草酸10-30份；
柠檬酸5-15份；
苹果酸8-16份；
单宁酸6-9份；
聚丙烯酸钠5-11份；
分散剂0.2-0.4份；
防腐剂15-35份；
去离子水100-150份。
通过采用上述技术方案，在这样的优化条件下，制备得到的除垢剂的除垢效率以及抑菌效果更好。
进一步地，所述防腐剂为山梨酸钾、苯甲酸和丙酸的混合物，所述山梨酸钾、苯甲酸、丙酸的质量比为1:0.5:(2.5-4.5)。
通过采用上述技术方案，优选山梨酸钾、苯甲酸和丙酸的混合物为防腐剂，山梨酸钾、双氧水、丙酸作为一种酸性物质，并且在山梨酸钾、苯甲酸、丙酸的质量比为1:0.5:(2.5-4.5)的情况下，上述防腐剂和除垢剂中其他配方的配合作用下，使得最终除垢剂对微生物的杀菌和抑菌作用更强。
进一步地，所述分散剂为十二烷基磺酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种。
通过采用上述技术方案，十二烷基磺酸钠作为一种分散剂，由于其为阴离子型表面活性剂，容易媳妇在污垢粒子的表面，降低污垢粒子的表面张力，在酸性的环境中，污垢处会产生泡沫，泡沫带动污垢粒子漂浮，使得污垢颗粒分散性好。而六偏磷酸钠是一种无极电解质类的分散剂，在水溶液中电离成阴、阳离子，阴离子与污垢颗粒发生物理化学吸附，使得污垢颗粒带有相同的电荷，而阳离子会扩散到周围的溶液中，从而形成了双电层(若阳离子与污垢颗粒发生物理化学吸附时候，则阴离子会扩散到周围的溶液中，从而形成了双电层)。双电层强大的静电排斥作用使污垢粒子分散，从而可以稳定的分散在溶液。
因此分散剂的使用使得液体中固体物质的分散，防止其沉降，便于将已经从设备内壁上脱离的固体物质分离出设备的同时，使得固体沉淀和除垢剂之间的接触更加充分，进一步加速了除垢速率和效率。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，包括以下步骤：
S1草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸分别粉碎之后过筛网，备用；
S2将S1中得到的草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸和去离子水混合后搅拌10-20min，得到溶液A；
S3将聚丙烯酸钠加入到溶液A中，加热搅拌30-40min，冷却至室温，得到溶液B；
S4于S3的溶液B中加入防腐剂和分散剂，搅拌混匀即可。
通过采用上述技术方案，首先将草酸、柠檬酸、单宁酸以及苹果酸过筛网，使得原料更细腻，在后续的混合步骤中能够混合的更加充分；其次将聚丙烯酸钠加入到溶液A中并加热，使得聚丙烯酸钠和草酸、柠檬酸、单宁酸以及苹果酸共聚，具有更好的螯合、吸附作用，进而使得最终的除垢剂对于锈垢中的金属离子的螯合、吸附作用更强，除垢效果更佳；最后自常温加入防腐剂和分散剂，操作简单高效。
进一步地，步骤S1中，所述筛网为500-700目。
通过采用上述技术方案，将草酸、柠檬酸、单宁酸以及苹果酸过这样的筛网，使得后期的混合和共聚效果更好，进而使得最终制备得到的除垢剂的除垢效果和除垢效率更高。
进一步地，步骤S3中，所述的加热温度为80-90℃。
通过采用上述技术方案，在这样的温度下，聚丙烯酸钠与草酸、柠檬酸、单宁酸以及苹果酸发生一定的聚合，使得其对金属离子的螯合吸附作用力更强，最终制备得到的除垢剂的除垢效速率更快，除垢效果更好。
为实现上述第三个目的，本发明提供了如下技术方案：一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的应用。
进一步地，所述应用包括中央空调冷却塔、水处理管道以及锅炉的除垢。
通过采用上述技术方案，本发明的除垢剂的应用范围相对广泛，实用性强。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用草酸、柠檬酸、苹果酸以及单宁酸的混合物为溶垢剂，以聚丙烯酸钠为螯合剂，再配合分散剂和防腐剂的使用，使得制备得到的除垢剂中在不存在含磷物质的情况下，具有除垢效率高以及预防设备中有害微生物生长的效果。
第二、本发明中优选采用山梨酸钾、苯甲酸和丙酸的混合物为分散剂，在酸性条件下，进一步促进了在除垢过程中固体颗粒的均匀分散和悬浮，避免再次沉淀，获得了高效的除垢效果。
第三、本发明的方法，通过先将草酸、柠檬酸、单宁酸以及苹果酸过筛网，使得在后续的混合步骤中能够混合以及共聚更加充分；其次将聚丙烯酸钠加入到溶液中后的加热，使得聚丙烯酸钠和草酸、柠檬酸、单宁酸以及苹果酸共聚，具有更好的螯合、吸附作用，进而使得最终的除垢剂对于锈垢中的金属离子的螯合、吸附作用更强，除垢效果更佳；整体制备步骤高效易实现。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，其制备配方和配比为：草酸Kg，柠檬酸2Kg，苹果酸3Kg，单宁酸2Kg，聚丙烯酸钠2Kg，分散剂0.05Kg，六偏磷酸钠10Kg，去离子水50Kg；其中，分散剂为山梨酸钾、苯甲酸、丙酸以1:0.5:2.5的质量比混合而成。
其中，不同原料的来源可分别如下所述：聚丙烯酸钠购自河南振亚化工产品有限公司，其相对分子质量为2000-5000的低分子量的聚丙烯酸钠，工业级，型号为445N,货号为20181213；草酸的CAS号为144-62-7，为工业级，购自济南德厚化工有限公司；柠檬酸的CAS号为5949-29-1，为工业级，购自济南源飞伟业化工有限公司；苹果酸的CAS号为5139-89-9，为工业级，购自河北利华生物科技有限公司；单宁酸的CAS号为1401-55-4，为工业级，购自张家界久瑞生物科技有限公司；六偏磷酸钠的CAS号为10124-56-8，为工业级，购自山东裕康化工有限公司；山梨酸钾的CAS号为24634-61-5，为工业级，购自郑州龙生化工产品有限公司；苯甲酸和丙酸均为工业级，购自江苏顺丰化工有限公司。
一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，包括以下步骤：
S1草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸分别粉碎之后过500目的筛网，备用；
S2将S1中得到的草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸和去离子水混合后搅拌10min，得到溶液A；
S3将聚丙烯酸钠加入到溶液A中，加热至80℃后搅拌30min，随后冷却至室温，得到溶液B；
S4于S3的溶液B中加入六偏磷酸钠、山梨酸钾、苯甲酸、丙酸后，搅拌混匀即可。
实施例2-14
实施例2-14的快速除垢的防腐环保型除垢剂的配方配比与实施例1不同，具体见表1，一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法同实施例1。
表1实施例1-14的除垢剂的配方配比
实施例15
实施例15与实施例12的区别在于：一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，包括以下步骤：
S1草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸分别粉碎之后过700目的筛网，备用；
S2将S1中得到的草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸和去离子水混合后搅拌20min，得到溶液A；
S3将聚丙烯酸钠加入到溶液A中，加热至90℃后搅拌40min，随后冷却至室温，得到溶液B；
S4于S3的溶液B中加入六偏磷酸钠、山梨酸钾、苯甲酸、丙酸后，搅拌混匀即可。
其它同实施例12。
实施例16
实施例16与实施例12的区别在于：一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，包括以下步骤：
S1草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸分别粉碎之后过600目的筛网，备用；
S2将S1中得到的草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸和去离子水混合后搅拌15min，得到溶液A；
S3将聚丙烯酸钠加入到溶液A中，加热至85℃后搅拌35min，随后冷却至室温，得到溶液B；
S4于S3的溶液B中加入六偏磷酸钠、山梨酸钾、苯甲酸、丙酸后，搅拌混匀即可。
其它同实施例12。
对比例
对比例1-13的快速除垢的防腐环保型除垢剂的配方配比与实施例16不同，具体见表2，一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法同实施例16。
表2对比例1-13的除垢剂的配方配比
对比例14
参考申请号为201610709319.0的发明专利公开的一种无腐蚀性除垢剂，制备无腐蚀性的除垢剂，其配方为：氨基磺酸40Kg、丙酸14Kg，聚丙烯酸钠8Kg，柠檬酸6Kg，磷酸6Kg，聚乙二醇45Kg，氯化铵2Kg，硫酸铵2Kg，除锈剂3Kg，去离子水95Kg。其原料均为市售，工业级。
一种无腐蚀性除垢剂的制备方法为：
(1)将固体物料柠檬酸、聚丙烯酸钠、氨基磺酸、氯化铵、硫酸铵、除锈剂依次加入化料釜中，然后加入水并搅拌使固体物料溶解；
(2)将液体物料丙酸加入化料釜中并进行搅拌，再加入聚乙二醇使其溶解；
(3)将浓度为85％的磷酸依次打入化料釜中，并将所有物料搅拌均匀；
(4)将混合均匀的物料经200目涤纶筛网过滤，可得。
性能检测试验
(一)除垢速率检测试验
于中央空调冷却塔内放置金属片，当中央空调冷却塔正常运行使用半个月后，将已经有污泥和锈垢等污垢沉积的金属板从中央空调冷却塔内取出，其污垢的形成条件相似、形成的污垢情况相似。
将上述的金属板裁制出大小相同的金属片84片，每三片一组，编号1-28，分别将编号1-14的金属片对应浸泡在实施例1-14的除垢剂中，分别将编号15-28的金属片对应浸泡在对比例1-14的除垢剂中，最后统计其清洗时间以及清洗速率，具体结果如表3所示。
其中，清洗速率通过以下公式计算：V＝(W0-Wt)/(St)；
式子中，V-试样的除垢速率，g/(cm2·h)；
W0-试样的初始重量，g；
Wt-试样的除垢之后去除污垢的重量，g；
S-试样的面积，cm2；
t-试样的浸泡时间，h。
在裁制时，试样的面积S为100cm2。
清洗时间的判断标准为：每30min测定一次试样除垢之后去除污垢的重量，最后3次的测定结果中，其质量差小于1g，以倒数第三次的浸泡时间为最终的浸泡时间。
(二)军团菌杀除检测试验
军团菌的检测方法具体参考国际标准ISO11731：1998(Water quality-Detection andenumeration of Legionella)。
空白组：将未经过除垢处理的带有污垢的金属片浸泡于去离子水中11h，随后采集并检测金属片上军团菌的菌数量，记为A0；
实验组：分别将在实施例1-14和对比例1-14的除垢剂中浸泡11h后的金属片取出，采集并检测除垢剂中的军团菌的菌数量，记为At；
其军团菌的杀菌率即为K，K＝(A0-At)/A0×100％。
分别计算并统计实施例1-14和对比例1-14的除垢剂对军团菌的杀菌率，具体结果见表3。
表3实施例1-14和对比例1-14的除垢和杀菌检测试验结果表
从表3可以看出，本发明的除垢剂的除垢速率较高，能够实现快速的除垢；同时本发明的除垢剂在除垢的过程中具有一定的对军团菌的杀死和抑制作用。
通过对比实施例1-7的除垢速率和对军团菌的杀菌率可知，实施例7的方案为较优的方案，确认三种防腐剂山梨酸钾、苯甲酸、丙酸的质量比为1:0.5:3.5。通过实施例7-9、对比例1-3确认单宁酸的用量为8Kg的时候，制备得到的除垢剂的除垢速率为0.20g/(cm2·h)，杀菌率为45.67％，方案相对较优，并且单宁酸的用量在2-12Kg的用量范围外的时候，制备得到的除垢剂的除垢效率和杀菌率较低；通过实施例8、实施例10-11、对比例5-6确认苹果酸的用量为10Kg的时候，制备得到的除垢剂的除垢速率为0.20g/(cm2·h)，杀菌率为44.32％，与实施例8的效果相同，但是实施例11的苹果酸用量较少，从节约成本的角度考虑，实施例11的方案相对较优；实施例11-12相比，选择六偏磷酸钠作为分散剂是较优的方案。实施例12-14是在实施例12的配方配比以及制备基础上筛选出了防腐剂中山梨酸钾、苯甲酸、丙酸的质量比为1:0.5:3.5时是较优方案；而对比例7-8验证了防腐剂中山梨酸钾、苯甲酸、丙酸的质量比在1:0.5:(2.5-4.5)以外的时候，制备得到的除垢剂的除垢效率和杀菌率远低于实施例12的；同时通过对比例9-11验证了防腐剂中三种防腐剂缺一不可，否则制备得到的除垢剂的杀菌率下降较多，杀菌效果不好。而对比例14的除垢剂虽然具有相对较好的杀菌率，但是其除垢时间太长，除垢速率较低。
(三)一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的应用
(1)将实施例16中制备得到的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂用于中央空调冷却塔的除垢，将除垢剂注入在中央空调冷却塔内，除垢剂在中央空调冷却塔内的浸泡时间为6h时即可满足除垢以及抑菌的目的。
(2)将实施例16中制备得到的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂用于锅炉除垢，将除垢剂注入在锅炉内，除垢剂在锅炉内的浸泡时间为5h时即可满足除垢以及抑菌的目的。
(3)将实施例16中制备得到的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂用于水管除垢，将除垢剂注入在水管内，用除垢剂冲洗水管2h即可满足除垢以及抑菌的目的。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，其特征在于，所述除垢剂包含以下重量份的原料：
草酸3-40份；
柠檬酸2-20份；
苹果酸3-25份；
单宁酸2-12份；
聚丙烯酸钠2-15份；
分散剂0.05-1份；
防腐剂10-40份；
去离子水50-200份。
2.根据权利要求1所述的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，其特征在于，所述除垢剂包含以下重量份的原料：
草酸10-30份；
柠檬酸5-15份；
苹果酸8-16份；
单宁酸6-9份；
聚丙烯酸钠5-11份；
分散剂0.2-0.4份；
防腐剂15-35份；
去离子水100-150份。
3.根据权利要求1所述的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，其特征在于，所述防腐剂为山梨酸钾、苯甲酸和丙酸的混合物，所述山梨酸钾、苯甲酸、丙酸的质量比为1:0.5:（2.5-4.5）。
4.根据权利要求1所述的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，其特征在于，所述分散剂为十二烷基磺酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂，其特征在于，所述聚丙烯酸钠的相对分子量为2000-5000。
6.权利要求1-5任一所述一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸分别粉碎之后过筛网，备用；
S2将S1中得到的草酸、柠檬酸、丹宁酸以及苹果酸和去离子水混合后搅拌10-20 min，得到溶液A；
S3将聚丙烯酸钠加入到溶液A中，加热搅拌30-40 min，冷却至室温，得到溶液B；
S4于S3的溶液B中加入防腐剂和分散剂，搅拌混匀即可。
7.根据权利要求6所述的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述筛网为500-700目。
8.根据权利要求6所述的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的加热温度为80-90 ℃。
9.权利要求1-5任一所述一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的应用。
10.根据权利要求9所述的一种快速除垢的防腐环保型除垢剂的应用，其特征在于，所述应用包括中央空调冷却塔、水处理管道以及锅炉的除垢。
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