一种无磷阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种无磷阻垢缓蚀剂及其制备方法。


背景技术：

2.目前，在循环冷却水系统中加入阻垢缓蚀剂仍然是控制结垢及金属腐蚀的常用方法。阻垢缓蚀剂种类繁多，目前以含磷化合物为配方的阻垢缓蚀剂还是占主导地位，含磷水阻垢缓蚀剂虽然具有较好的缓蚀与阻垢性能，但是随着含磷废水的排放，事实上一方面加剧了水体富营养化的过程，破坏了原有的生态体系，另一方面也增加了废水治理和循环再利用的难度。随着国家对环保意识的增强以及“禁磷”措施的施行，使得其使用受到了限制。因此，开发一种具有优异缓蚀与阻垢性能的无磷阻垢缓蚀剂已经成为了水处理从业者的一项热门攻克领域。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种具有优异的缓蚀阻垢性能，不含磷，对环境无污染，绿色环保的无磷阻垢缓蚀剂，以及该无磷阻垢缓蚀剂的制备方法。
4.本发明为解决上述技术问题提出一种无磷阻垢缓蚀剂，包括以下质量百分比的组分：丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物5～10％、聚γ
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谷氨酸钠4～8％、聚苯乙烯磺酸钠3～6％、水解聚马来酸2～5％、1,2-环己二胺四乙酸二钠1.5～2.5％、亚氨基二琥珀酸四钠1.5～2.5％、(4-吗啉基甲基)苯并三唑1～2％、月桂基二甲基磺基甜菜碱1～2％、余量为水。
5.优选地，一种无磷阻垢缓蚀剂，包括以下质量百分比的组分：丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物6～8％、聚γ-谷氨酸钠5～7％、聚苯乙烯磺酸钠4～5％、水解聚马来酸3～4％、1,2-环己二胺四乙酸二钠1.8～2.2％、亚氨基二琥珀酸四钠1.6～2.4％、(4-吗啉基甲基)苯并三唑1.2～1.6％、月桂基二甲基磺基甜菜碱1.4～1.8％、余量为水。
6.优选地，一种无磷阻垢缓蚀剂，包括以下质量百分比的组分：丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物7％、聚γ-谷氨酸钠6％、聚苯乙烯磺酸钠4.5％、水解聚马来酸3.5％、1,2-环己二胺四乙酸二钠2％、亚氨基二琥珀酸四钠2％、(4-吗啉基甲基)苯并三唑1.5％、月桂基二甲基磺基甜菜碱1.5％、余量为水。
7.优选地，所述丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物的固含量为30～40％。
8.本发明为解决上述技术问题还提出一种无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
9.a、将丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物、聚苯乙烯磺酸钠、水解聚马来酸、月桂基二甲基磺基甜菜碱混合，搅拌均匀，得到混合料a；
10.b、将聚γ-谷氨酸钠、1,2-环己二胺四乙酸二钠、亚氨基二琥珀酸四钠、(4
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吗啉
35％。
27.本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
28.a、将丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物、聚苯乙烯磺酸钠、水解聚马来酸、月桂基二甲基磺基甜菜碱混合，在转速为250r/min的条件下15min，得到混合料a；
29.b、将聚γ-谷氨酸钠、1,2-环己二胺四乙酸二钠、亚氨基二琥珀酸四钠、(4
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吗啉基甲基)苯并三唑混合，在转速为200r/min的条件下20min，，得到混合料b；
30.c、将混合料a、混合料b和水混合，在转速为300r/min的条件下10min，即得所需的无磷阻垢缓蚀剂。
31.实施例3
32.本实施例的无磷阻垢缓蚀剂，由以下重量百分比的原料制成：丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物8％、聚γ-谷氨酸钠7％、聚苯乙烯磺酸钠5％、水解聚马来酸4％、1,2-环己二胺四乙酸二钠2.2％、亚氨基二琥珀酸四钠2.4％、(4-吗啉基甲基)苯并三唑1.6％、月桂基二甲基磺基甜菜碱1.8％、余量为水。
33.其中，丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物的固含量为 40％。
34.本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
35.a、将丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物、聚苯乙烯磺酸钠、水解聚马来酸、月桂基二甲基磺基甜菜碱混合，在转速为300r/min的条件下搅拌10min，得到混合料a；
36.b、将聚γ-谷氨酸钠、1,2-环己二胺四乙酸二钠、亚氨基二琥珀酸四钠、(4
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吗啉基甲基)苯并三唑混合，在转速为250r/min的条件下搅拌15min，得到混合料b；
37.c、将混合料a、混合料b和水混合，在转速为350r/min的条件下搅拌8min，即得所需的无磷阻垢缓蚀剂。
38.实施例4
39.本实施例的无磷阻垢缓蚀剂，由以下重量百分比的原料制成：丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物5％、聚γ-谷氨酸钠4％、聚苯乙烯磺酸钠3％、水解聚马来酸2％、1,2-环己二胺四乙酸二钠1.5％、亚氨基二琥珀酸四钠1.5％、(4-吗啉基甲基)苯并三唑1％、月桂基二甲基磺基甜菜碱1％、余量为水。
40.其中，丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物的固含量为 30％。
41.本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
42.a、将丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物、聚苯乙烯磺酸钠、水解聚马来酸、月桂基二甲基磺基甜菜碱混合，在转速为200r/min的条件下搅拌20min，得到混合料a；
43.b、将聚γ-谷氨酸钠、1,2-环己二胺四乙酸二钠、亚氨基二琥珀酸四钠、(4
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吗啉基甲基)苯并三唑混合，在转速为150r/min的条件下搅拌25min，得到混合料b；
44.c、将混合料a、混合料b和水混合，在转速为250r/min的条件下搅拌12min，即得所需的无磷阻垢缓蚀剂。
45.实施例5
46.本实施例的无磷阻垢缓蚀剂，由以下重量百分比的原料制成：丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物10％、聚γ-谷氨酸钠8％、聚苯乙烯磺酸钠6％、水解聚马来酸5％、1,2-环己二胺四乙酸二钠2.5％、亚氨基二琥珀酸四钠2.5％、(4-吗啉基甲基)苯并三唑2％、月桂基二甲基磺基甜菜碱2％、余量为水。
47.其中，丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物的固含量为 40％。
48.本实施例的无磷阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
49.a、将丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物、聚苯乙烯磺酸钠、水解聚马来酸、月桂基二甲基磺基甜菜碱混合，在转速为300r/min的条件下搅拌10min，得到混合料a；
50.b、将聚γ-谷氨酸钠、1,2-环己二胺四乙酸二钠、亚氨基二琥珀酸四钠、(4
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吗啉基甲基)苯并三唑混合，在转速为250r/min的条件下搅拌15min，得到混合料b；
51.c、将混合料a、混合料b和水混合，在转速为350r/min的条件下搅拌8min，即得所需的无磷阻垢缓蚀剂。
52.对比例1
53.本对比例的阻垢缓蚀剂，由以下重量百分比的原料制成：丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸二元共聚物7％、聚γ-谷氨酸钠6％、聚苯乙烯磺酸钠4.5％、水解聚马来酸3.5％、1,2-环己二胺四乙酸二钠2％、亚氨基二琥珀酸四钠2％、(4
‑ꢀ
吗啉基甲基)苯并三唑1.5％、月桂基二甲基磺基甜菜碱1.5％、余量为水。
54.其中，丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸二元共聚物的固含量为35％。
55.本对比例的阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
56.a、将丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸二元共聚物、聚苯乙烯磺酸钠、水解聚马来酸、月桂基二甲基磺基甜菜碱混合，在转速为250r/min的条件下15min，得到混合料a；
57.b、将聚γ-谷氨酸钠、1,2-环己二胺四乙酸二钠、亚氨基二琥珀酸四钠、(4
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吗啉基甲基)苯并三唑混合，在转速为200r/min的条件下20min，得到混合料b；
58.c、将混合料a、混合料b和水混合，在转速为300r/min的条件下10min，即得所需的阻垢缓蚀剂。
59.对比例2
60.本对比例的阻垢缓蚀剂，由以下重量百分比的原料制成：丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物7％、聚天冬氨酸钠6％、水解聚马来酸 3.5％、1,2-环己二胺四乙酸二钠2％、亚氨基二琥珀酸四钠2％、(4-吗啉基甲基) 苯并三唑1.5％、月桂基二甲基磺基甜菜碱1.5％、余量为水。
61.其中，丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物的固含量为 35％。
62.本对比例的阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
63.a、将丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物、水解聚马来酸、月桂基二甲基磺基甜菜碱混合，在转速为250r/min的条件下15min，得到混合料a；
64.b、将聚天冬氨酸钠、1,2-环己二胺四乙酸二钠、亚氨基二琥珀酸四钠、(4
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吗啉基
甲基)苯并三唑混合，在转速为200r/min的条件下20min，得到混合料b；
65.c、将混合料a、混合料b和水混合，在转速为300r/min的条件下10min，即得所需的阻垢缓蚀剂。
66.对比例3
67.本对比例的阻垢缓蚀剂，由以下重量百分比的原料制成：丙烯酰胺/丙烯酸 /2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物7％、聚γ-谷氨酸钠6％、聚苯乙烯磺酸钠 4.5％、水解聚马来酸3.5％、羟基乙叉二膦酸二钠3％、甲基苯并三氮唑2％、余量为水。
68.其中，丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物的固含量为 35％。
69.本对比例的阻垢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
70.a、将丙烯酰胺/丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸三元共聚物、聚苯乙烯磺酸钠、水解聚马来酸混合，在转速为250r/min的条件下15min，得到混合料a；
71.b、将聚γ-谷氨酸钠、羟基乙叉二膦酸二钠、甲基苯并三氮唑，在转速为 200r/min的条件下20min，得到混合料b；
72.c、将混合料a、混合料b和水混合，在转速为300r/min的条件下10min，即得所需的阻垢缓蚀剂。
73.性能测试：对实施例1～3和对比例1～3所得的阻垢缓蚀剂进行测试，试验用水为上海某焦化厂的循环冷却水，且实施例1～3和对比例1～3所得的阻垢缓蚀剂在循环冷却水中浓度为20mg/l，碳酸钙的阻垢测试根据gb/t16632-2019的碳酸钙沉积法进行实验。其实验原理是模拟一定浓度的钙离子和碳酸氢根离子的水质条件下，运用edta法测量水中钙离子的浓度，来计算缓蚀阻垢剂的阻垢率；碳钢的缓蚀性能测试采用hg/t 2159-91的旋转挂片失重法测定水处理剂的缓蚀性能，实验仪器采用zj型浸渍腐蚀实验仪，旋转挂片腐蚀实验是在实验室给定条件下，用试片的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率来评定水处理剂的缓蚀性能，结果如表1所示。
74.表1阻垢性能和缓蚀性能对照表
[0075] 阻垢率(％)缓蚀率(％)实施例197.690.3实施例298.291.8实施例397.591.1实施例496.690.1实施例596.289.9对比例192.886.9对比例295.388.6对比例389.789.2
[0076]
由上表可以看出，对比例1的阻垢缓蚀剂采用丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸二元共聚物，其余与实施例2相同，采用三元聚合物的实施例1～3与之相比阻垢性能和缓蚀性能都优于对比例1，这是由于加入丙烯酰胺形成的共聚物本身具有更好的阻垢性，且与(4-吗啉基甲基)苯并三唑、月桂基二甲基磺基甜菜碱复配，相互协调作用下的缓蚀性效果要比二元共聚物的显著提升。对比例2 的阻垢缓蚀剂采用的聚天冬氨酸钠具有分散作用，
并且与有机磷系缓蚀阻垢剂存在协同作用，可以有效防止金属设备的腐蚀。但是与无磷阻垢缓蚀剂的协同效果没有聚γ-谷氨酸钠优异，对比文件2没有添加聚苯乙烯磺酸钠导致分散阻垢性能与实施例1～3相比有所下降。对比文件3的阻垢缓蚀剂采用羟基乙叉二膦酸二钠和甲基苯并三氮唑与三元共聚物复配，虽然缓蚀性尚可，但是阻垢性不理想。由此可知，与对比例1～3相比较，本发明制得的缓蚀阻垢剂具有优异的阻垢与缓蚀性能，且不含磷，对环境无污染，绿色环保。