一种用于浓水反渗透的超高硅复合阻垢剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种用于浓水反渗透的超高硅复合阻垢剂及其制备方法，属于反渗透阻垢剂。

背景技术：

1、工业废水零排放处理工艺普遍采用一级反渗透结合浓水反渗透二段浓缩减量工艺，一级ro产水回收回用，浓水进入二段浓水反渗透进一步浓缩，大幅减少后续蒸发结晶处理水量。废水经多级浓缩后，浓水侧二氧化硅持续富集，部分含硅原水工况下浓水硅含量最高可达350mg/l。水中硅酸以单硅酸、胶体硅形式共存，硅羟基极易发生分子间脱水缩合，形成致密、不可逆的二氧化硅硬垢，紧密附着在反渗透膜表面及流道隔网上。硅垢无法通过常规酸洗、碱洗彻底清除，会造成膜通量持续衰减、系统运行压差快速上升、脱盐率下降，频繁停机化学清洗，大幅缩短膜元件使用寿命，增加整套零排放系统运维成本。

2、目前行业普遍使用有机磷和普通聚羧酸聚合物复配阻垢剂控制膜硅垢，但现有药剂硅耐受上限普遍低于200mg/l，无法适配浓水硅350mg/l极端工况，市场缺少可稳定抑制超高硅析出的专用反渗透阻垢产品。

3、现有公开技术方案存在诸多不足：

4、1、常规有机膦和聚羧酸复配型阻垢剂（cn114162980a、cn112933995a），仅适用于常规中水、地表水一级反渗透，无法用于零排放超高硅浓水反渗透系统。普通聚丙烯酸、水解聚马来酸仅含羧基，缺少高密度磺酸亲水基团，无法在硅酸胶体表面形成稳定保护层；当浓水硅超过200mg/l时，硅酸分子快速缩合聚合生成硬质硅垢；同时在高浓缩高盐环境下，大量阳离子压缩普通羧基聚合物分子双电层，静电斥力消失，硅酸胶体颗粒快速团聚沉积膜面。

5、2、含pesa、pbtc、hedp的复合反渗透阻垢剂（cn104324617a），虽涉及反渗透阻垢，但未针对高硅水质专门设计，不含磺酸基共聚物，硅垢抑制能力弱。

6、3、高硅水反渗透阻垢剂（cn114768542a），虽针对高硅反渗透，其三元共聚物单体体系与本发明不同，配方不含pesa组分，也未设置碱性缓冲稳定剂体系。

7、4、煤化工废水反渗透抗高硅阻垢剂（cn119306334a），采用丙烯酸-磺酸盐二元共聚物，不含有衣康酸结构单元，无pesa，无碱性稳定剂体系。

8、5、反渗透高硅阻垢剂（cn113426303a），采用aa-amps-tbam共聚物，不含有衣康酸、pesa及碱性稳定剂体系。

9、6、早期含磺酸盐共聚物阻垢技术，仅为有机膦酸与磺酸盐共聚物简单二元复配，缺少三元共聚物、pesa增效、碱性稳定剂协同体系。

10、有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种用于浓水反渗透的超高硅复合阻垢剂及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于浓水反渗透的超高硅复合阻垢剂及其制备方法。解决现有阻垢剂硅耐受上限不足、高盐高碱工况分散失效、微量金属离子催化硅垢生长、药剂储存易分层沉淀的技术问题；实现浓水sio2最高350mg/l极端工况下稳定抑制硅垢，药剂长期储存均一稳定，简化现场运维操作。

2、本发明的一种用于浓水反渗透的超高硅复合阻垢剂，按重量份数计，包括如下组分：

3、改性有机膦酸盐14～32份；

4、丙烯酸amps衣康酸磺酸盐三元共聚物20～42份；

5、聚环氧琥珀酸pesa6～16份；

6、三乙醇胺3～9份；

7、柠檬酸钠1～6份；

8、去离子水，补足至100份；

9、所述改性有机膦酸盐为2膦酸丁烷1,2,4三羧酸pbtc与羟基亚乙基二膦酸hedp的复配物，pbtc与hedp质量比为2.2:1；

10、所述丙烯酸amps衣康酸磺酸盐三元共聚物重均分子量mw为2200～4800；三元共聚物中丙烯酸、amps、衣康酸单体质量比为(2～4):(5～7):(1～2)。

11、进一步的，所述丙烯酸amps衣康酸磺酸盐三元共聚物采用水溶液自由基聚合法制备，以过硫酸铵作为引发剂，聚合温度70～85℃，聚合反应时间4～6h。

12、进一步的，所述丙烯酸amps衣康酸磺酸盐三元共聚物重均分子量mw为28004200。

13、进一步的，按重量份数计，包括：改性有机膦酸盐24份；丙烯酸amps衣康酸磺酸盐三元共聚物30份；聚环氧琥珀酸pesa10份；三乙醇胺5份；柠檬酸钠3份；去离子水28份；所述三元共聚物mw≈3500，单体质量比aa:amps:ia=3:6:1.5。

14、一种用于浓水反渗透的超高硅复合阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

15、s1：常温条件下，向带温控、调速搅拌的常压反应釜投入全部去离子水，控制搅拌转速200400rpm，加入柠檬酸钠、三乙醇胺，持续搅拌至物料完全溶解；

16、s2：将搅拌转速提升至400600rpm，投入改性有机膦酸盐混合液，搅拌至体系混合均匀无分层；

17、s3：维持搅拌转速400600rpm，匀速滴加丙烯酸amps衣康酸磺酸盐三元共聚物；滴加完成后，将搅拌转速提升至8001200rpm继续搅拌，充分舒展聚合物分子链，暴露磺酸基团活性位点；

18、s4：降低搅拌转速至400600rpm，加入聚环氧琥珀酸，搅拌完成组分复配；

19、s5：常温静置熟化13h，熟化完成后经过精密滤网过滤除去微量不溶物，得到成品超高硅复合阻垢剂。

20、进一步的，s1中搅拌溶解时间不少于5min；s2搅拌时间不少于10min；s3滴加完毕后高速搅拌时间1020min；s4搅拌时间812min；s5熟化时间为2h。

21、一种用于浓水反渗透的超高硅复合阻垢剂的应用方法，将阻垢剂连续投加至废水零排放浓水反渗透系统进水管道；投加剂量为35ppm；适用水质条件：浓水sio2100～350mg/l、tds30000～62000mg/l、ph8.89.8；系统运行过程无需调节进水ph。

22、进一步的，在含fe³+、al³+催化金属离子的浓水工况下，采用配方的阻垢剂，投加量4ppm。

23、进一步的，针对总磷指标严格管控工况，选用低磷配方阻垢剂，投加量提升至45ppm使用。

24、借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

25、（1）本发明采用特定分子量、特定单体配比aa-amps-ia磺酸盐三元共聚物作为核心抑硅组分，高密度磺酸基团包裹硅酸胶体，硅垢抑制率提高，硅耐受上限提升明显，适配废水零排放浓水反渗透极端高硅工况。

26、（2）本发明构建aa-amps-ia三元共聚物与pesa协同分散体系，克服高tds条件下阳离子压缩双电层造成的胶体团聚问题；tds最高62000mg/l模拟浓水环境下，硅酸胶体无团聚沉淀现象。丙烯酸-amps-衣康酸-磺酸盐三元共聚物为本发明核心抑硅组分。amps单体引入高密度磺酸基团-so3h，依靠静电斥力结合空间位阻双重作用吸附包裹硅酸胶体颗粒表面，构建带电保护层，阻断si-o-si缩合反应，抑制硅垢晶体生长团聚；衣康酸引入额外羧基位点，强化体系对ca²+、mg²+螯合能力；限定分子量2200-4800保证分子链长度适配高盐体系，避免分子量过高絮凝、过低分散能力不足。

27、（3）有机膦与柠檬酸钠组成双重螯合体系，针对性络合浓水中微量fe³+、al³+，消除金属离子催化硅垢聚合的负面影响。聚环氧琥珀酸pesa：无磷可生物降解阻垢组分，特异性抑制硫酸盐垢；与aa/amps/ia三元共聚物形成协同分散体系，进一步提升硅酸胶体分散稳定效果。

28、（4）三乙醇胺和柠檬酸钠共同构成碱性缓冲稳定剂-辅助螯合复合体系。三乙醇胺起到ph缓冲稳定作用，保障药剂在ph8.8-10.0高碱浓水环境中组分不析出，提升药剂储存稳定性；柠檬酸钠作为辅助螯合剂，协同有机膦捕获微量fe³+、al³+金属离子；二者复配解决药剂储存分层、高碱工况药效衰减的缺陷。成品药剂常温密封储存12个月保持澄清均一，不分层、无浑浊沉淀；解决传统阻垢剂储存稳定性差的缺陷。

29、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。