一种无磷阻垢剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及循环水处理技术领域，尤其涉及一种无磷阻垢剂及其制备方法。


背景技术：

2.水资源匮乏一直是我国以及世界其他国家和地区面临的一大难题。随着社会和工业化生产的迅速发展，水资源短缺以及水污染问题日趋严重，为了解决水资源危机，人们开发了海水淡化技术、水循环利用技术。然而，污垢在海水淡化、水循环系统中普遍存在。水中的污垢可能造成海水淡化过程中的膜污染、管道导热系数降低、设备腐蚀加剧等严重问题。阻垢剂对垢物具有螯合、分散、晶格畸变等作用，能够有效地抑制垢物的形成，使用阻垢剂无疑是一种非常重要且非常有效的方法。
3.工业循环用水使用的阻垢剂多为有机磷酸类和共聚物类阻垢剂。有机磷酸，特别是有机多元磷酸及其盐，化学性能稳定，能有效抑制多种垢如碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡等的沉积而广泛应用于电力、化工、冶金、油田等的工业水处理中，包括pbcta(2－磷酸基－1，2，4－三羧酸丁烷)、atmp(氨基三甲基磷酸)、edtmp(乙二胺四亚甲基膦酸)、hedp(羟基亚乙基二膦酸)等。但是磷酸盐容易水解生成磷酸根离子，继而与水中的ca形成磷酸钙沉淀，而且对锌垢以及氧化铁沉淀等的抑制效果并不明显，含磷化合物是微生物的营养源之一，易滋养菌藻，加剧水体富营养化和膜系统的生物淤积增加，从而造成水体污染。
4.随着人们的环保意识增强，对工业排污进行限制，阻垢剂向着无毒、无磷、可生物降解的方向发展。然而，现有的无磷阻垢剂普遍存在以下缺陷：(1)现有的无磷阻垢剂使用浓度较高，且在高浓度下，阻碳酸钙垢、硫酸钙垢的效果仍不理想，造成无磷阻垢剂的使用成本过高；(2)现有技术中多简单地在无磷阻垢剂中添加稳定剂，稳定剂在无磷阻垢剂中的分散性能不佳，使得无磷阻垢剂的稳定性能较差，进而导致无磷阻垢剂阻垢效果较差。基于上述陈述，本发明提出了一种无磷阻垢剂及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中无磷阻垢剂使用浓度高，使用成本高，无磷阻垢剂稳定性差，阻垢效果不理想等问题，而提出的一种无磷阻垢剂及其制备方法。
6.一种无磷阻垢剂，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸20
‑
50份、改性淀粉10
‑
18份、丙烯酸马来酸共聚物3
‑
8份、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸1
‑
5份、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐0.2
‑
0.6份、硬脂富马酸钠0.5
‑
1.5份、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1
‑
3份、复合添加剂5
‑
12份。
7.优选的，所述无磷阻垢剂，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸24
‑
40份、改性淀粉12
‑
16份、丙烯酸马来酸共聚物4
‑
7份、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸2
‑
4份、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐0.3
‑
0.5份、硬脂富马酸钠0.8
‑
1.2份、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1.5
‑
2.5份、复合添加剂6
‑
10份。
8.优选的，所述无磷阻垢剂，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸35份、改性淀粉14
份、丙烯酸马来酸共聚物5.5份、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸3份、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐0.4份、硬脂富马酸钠1份、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2份、复合添加剂8份。
9.优选的，所述聚天冬氨酸和改性淀粉的质量比为2
‑
2.5:1。
10.优选的，所述改性淀粉由以下方法制得：将玉米淀粉加10倍的水搅拌，并加热至完全糊化后，降温至18
‑
24℃，加入马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌混合均匀后，加入聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠，继续搅拌混合均匀，升温至78
‑
88℃，保温静置1
‑
3h后，干燥研磨即得改性淀粉。
11.优选的，所述玉米淀粉、马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯的质量比为15
‑
23:2
‑
5:1
‑
3。
12.优选的，所述玉米淀粉、聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠的质量比为10
‑
18:1
‑
2:3
‑
5。
13.优选的，所述改性淀粉的粒径为1
‑
100μm。
14.优选的，所述复合添加剂由质量比3:7:1:1.5的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、单宁酸和硬脂酸异辛酯。
15.本发明还提出了一种无磷阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
16.s1、按所述重量份，称取聚天冬氨酸、改性淀粉、丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂，备用；
17.s2、将称取的聚天冬氨酸、改性淀粉共同加入到反应器中，加入两者总重4
‑
7倍的去离子水，边搅拌边加热至完全溶解，得混合液；
18.s3、控制步骤s1中的混合液温度为62
‑
68℃，边搅拌边将丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂依次加入到混合液中，搅拌混合均匀后，即得无磷阻垢剂。
19.本发明提出的一种无磷阻垢剂，具有以下有益效果：
20.1、本发明制备的阻垢剂采用安全无毒、生物降解性好，对环境友好的聚天冬氨酸和改性淀粉按比例复配为主要原料，将主料加水混合后，依次加入丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸等辅料，混合均匀即得；本发明原料选用科学合理，配比严谨，制备方法简单，制备条件温和，所得阻垢剂性能稳定，使用浓度低，阻垢性能优异，对垢物具有螯合、分散、晶格畸变等作用，能够有效地抑制垢物的形成，其阻碳酸钙垢率及阻磷酸钙垢率分别高达99.20％和99.70％，其还具有良好的缓蚀作用，能有效的延长设备的使用寿命，综合性能优异，可得广泛应用。
21.2、本发明将玉米淀粉加水加热糊化后，降温加马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯搅拌混匀后，最后加聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠，继续混匀后，加热静置后干燥研磨制得改性淀粉，将聚天冬氨酸和改性淀粉按比例复配作为本发明阻垢剂的主要原料，其能够显著提高所得阻垢剂的附着性和吸附性，所得阻垢剂分散性好，不含磷，具有良好的生物降解性能，不会对水体造成二次污染，其使用浓度低，使用效果显著。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
23.实施例一
24.本发明提出的一种无磷阻垢剂，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸20份、改性淀粉10份、丙烯酸马来酸共聚物3份、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸1份、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐0.2份、硬脂富马酸钠0.5份、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1份、复合添加剂5份；改性淀粉由以下方法制得：将玉米淀粉加10倍的水搅拌，并加热至完全糊化后，降温至18℃，加入马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌混合均匀后，加入聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠，继续搅拌混合均匀，升温至78℃，保温静置1h后，干燥研磨即得粒径为1μm的改性淀粉；玉米淀粉、马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯的质量比为15:2:1；玉米淀粉、聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠的质量比为10:1:3；
25.复合添加剂由质量比3:7:1:1.5的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、单宁酸和硬脂酸异辛酯。
26.本发明还提出了一种无磷阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
27.s1、按所述重量份，称取聚天冬氨酸、改性淀粉、丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂，备用；
28.s2、将称取的聚天冬氨酸、改性淀粉共同加入到反应器中，加入两者总重4倍的去离子水，边搅拌边加热至完全溶解，得混合液；
29.s3、控制步骤s1中的混合液温度为62℃，边搅拌边将丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂依次加入到混合液中，搅拌混合均匀后，即得无磷阻垢剂。
30.实施例二
31.本发明提出的一种无磷阻垢剂，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸35份、改性淀粉14份、丙烯酸马来酸共聚物5.5份、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸3份、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐0.4份、硬脂富马酸钠1份、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2份、复合添加剂8份；改性淀粉由以下方法制得：将玉米淀粉加10倍的水搅拌，并加热至完全糊化后，降温至21℃，加入马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌混合均匀后，加入聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠，继续搅拌混合均匀，升温至83℃，保温静置2h后，干燥研磨即得粒径为50μm的改性淀粉；玉米淀粉、马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯的质量比为19:3.5:2；玉米淀粉、聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠的质量比为14:1.5:4；
32.复合添加剂由质量比3:7:1:1.5的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、单宁酸和硬脂酸异辛酯。
33.本发明还提出了一种无磷阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
34.s1、按所述重量份，称取聚天冬氨酸、改性淀粉、丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂，备用；
35.s2、将称取的聚天冬氨酸、改性淀粉共同加入到反应器中，加入两者总重5.5倍的
去离子水，边搅拌边加热至完全溶解，得混合液；
36.s3、控制步骤s1中的混合液温度为65℃，边搅拌边将丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂依次加入到混合液中，搅拌混合均匀后，即得无磷阻垢剂。
37.实施例三
38.本发明提出的一种无磷阻垢剂，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸50份、改性淀粉18份、丙烯酸马来酸共聚物8份、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸5份、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐0.6份、硬脂富马酸钠1.5份、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3份、复合添加剂12份；改性淀粉由以下方法制得：将玉米淀粉加10倍的水搅拌，并加热至完全糊化后，降温至24℃，加入马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯，搅拌混合均匀后，加入聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠，继续搅拌混合均匀，升温至88℃，保温静置3h后，干燥研磨即得粒径为100μm的改性淀粉；玉米淀粉、马来酸和丙二醇甲醚醋酸酯的质量比为23:5:3；玉米淀粉、聚乙二醇三甲基壬基醚和碳酸氢钠的质量比为18:2:5；
39.复合添加剂由质量比3:7:1:1.5的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、单宁酸和硬脂酸异辛酯。
40.本发明还提出了一种无磷阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
41.s1、按所述重量份，称取聚天冬氨酸、改性淀粉、丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂，备用；
42.s2、将称取的聚天冬氨酸、改性淀粉共同加入到反应器中，加入两者总重7倍的去离子水，边搅拌边加热至完全溶解，得混合液；
43.s3、控制步骤s1中的混合液温度为68℃，边搅拌边将丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂依次加入到混合液中，搅拌混合均匀后，即得无磷阻垢剂。
44.对比例一
45.本发明提出的一种无磷阻垢剂，包括以下重量份的原料：聚天冬氨酸20份、淀粉10份、丙烯酸马来酸共聚物3份、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸1份、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐0.2份、硬脂富马酸钠0.5份、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1份、复合添加剂5份；
46.复合添加剂由质量比3:7:1:1.5的葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、单宁酸和硬脂酸异辛酯。
47.本发明还提出了一种无磷阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
48.s1、按所述重量份，称取聚天冬氨酸、改性淀粉、丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂，备用；
49.s2、将称取的聚天冬氨酸、改性淀粉共同加入到反应器中，加入两者总重4倍的去离子水，边搅拌边加热至完全溶解，得混合液；
50.s3、控制步骤s1中的混合液温度为62℃，边搅拌边将丙烯酸马来酸共聚物、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6(1h,3h,5h)
‑
三硫酮三钠盐、硬脂富马酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和复合添加剂依次加入到混合液中，搅拌混合均匀后，即得无磷阻垢剂。
51.分别将本发明实施例一
‑
三以及对比例一中制备的无磷阻垢剂用于工业循环水处理，得出如下结果：
52.表1：
[0053] 实施例一实施例二实施例三对比例一阻碳酸钙垢率(％)98.9099.2099.0087.3阻磷酸钙垢率(％)99.4599.7099.6090.361个月后生物降解率(％)83.685.9084.578.80
[0054]
控制聚天冬氨酸和改性淀粉的总量为30重量份，分别设置只加聚天冬氨酸或改性淀粉，聚天冬氨酸和改性淀粉的质量比为1:1，1.5:1，2:1，2.5:1，3:1，其他原料的重量份及阻垢剂的制备方法与实施例完全相同，制备得到阻垢剂，分别将上述阻垢剂用于工业循环水处理，得出如下结果：
[0055]
表2：
[0056][0057]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。