一种固体缓释阻垢材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种固体缓释阻垢材料及其制备方法。


背景技术：

2.自然界中含有较多钙镁盐类等矿物质的水叫做"硬水"。水烧开后，一部分水蒸发，难溶的硫酸钙会析出。可溶的碳酸氢钙和碳酸氢镁，在沸水中分解，释放二氧化碳，生成难溶的碳酸钙和氢氧化镁沉淀，有时也会生成碳酸镁即为水垢。水垢通常胶结于容器或管道表面，导热性差，导致受热面传热情况恶化，从而浪费燃料或电力，且会由于热胀冷缩和受力不均，极大的增加热水器和锅炉爆裂甚至爆炸的危险性。水垢碎片进入胃中与盐酸反应释放出钙镁离子会增加结石的风险，二氧化碳使人胀气、难受，胃溃疡病人还可能发生胃穿孔的危险。
3.阻垢剂是具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能，并维持金属设备有良好的传热效果的一类药剂。阻垢剂的作用机理可分为鳌合、分散和晶格畸变三种，主要用于反渗透和热水阻垢，传统阻垢剂多为液体和可溶性固体，使用时需按时按量进行投放，大大增加人工成本。为减少人工成本，市场亦有少量固体微溶阻垢剂。
4.常见的阻垢剂为液体，水溶性强，不能有效满足众多水处理应用场景的需求。为此固体缓释阻垢材料的发展需求巨大。固体缓释阻垢材料因长期浸泡在水中，其耐泡、耐冲刷不崩塌的性能尤为关键；同时，控制阻垢活性成分的缓释性能是控制阻垢颗粒材料使用寿命的关键。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种释放量低、使用寿命长、阻垢效果好，且能避免固体阻垢剂长期浸泡甭解造成二次污染问题的固体缓释阻垢材料及其制备方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种固体缓释阻垢材料，由如下重量百分数的组分制成：阻垢剂30-80％，填充剂5-40％，无机硅酸盐粘结剂5-15％，有机粘结剂5-15％。
8.作为优选的，在上述的固体缓释阻垢材料中，所述阻垢剂由阻垢活性成分50-90％和基材10-50％组成。
9.作为优选的，在上述的固体缓释阻垢材料中，所述阻垢活性成分为有机磷系列阻垢剂、聚羧酸类分散剂、三氮唑阻垢剂中的一种或其组合。
10.作为优选的，在上述的固体缓释阻垢材料中，所述的基材为硅藻土、沸石粉或活性炭。
11.作为优选的，在上述的固体缓释阻垢材料中，所述无机硅酸盐粘结剂为水玻璃硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂。
12.作为优选的，在上述的固体缓释阻垢材料中，所述的有机粘结剂为聚乙烯醇、环氧树脂或聚氨酯。
13.作为优选的，在上述的固体缓释阻垢材料中，所述的填充剂为钛白粉、滑石粉、碳酸钙或硫酸钡。
14.上述固体缓释阻垢材料的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)对基材进行预处理，增强其吸附能力，并使其具有分子结合力；
16.(2)将预处理后的基材浸泡于阻垢活性成分中，阻垢活性成分固载于基材微孔中得到阻垢剂；
17.(3)将阻垢剂、填充剂和无机硅酸盐粘结剂均匀混合；
18.(4)将步骤(3)所得混合物烘干；
19.(5)将步骤(4)已烘干混合物加入有机粘结剂进行成型。
20.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过将阻垢活性分成固载于基材上制备固体阻垢剂，然后采用无机硅酸盐粘结剂与有机粘结剂混合二元造粒，无机硅酸盐粘结剂创造微孔缓释结构，保障造粒后的固体颗粒长期浸泡于水中不崩塌，有机粘结剂通过对固体颗粒进行微观包裹，控制阻垢活性成分的缓慢稳定释放，从而达到长效阻垢功能。本发明的固体缓释阻垢材料具有高效长寿的阻垢效果，有效降低频繁投料的成本，解决固体阻垢剂长期浸泡甭解造成二次污染的问题。
附图说明
21.图1为样品浸泡总磷对比曲线图；
22.图2为样品浸泡tds对比曲线图。
具体实施方式
23.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
24.实施例1：阻垢剂粉末制备：
25.基材的预处理：将沸石粉与硅藻土分别采用盐酸溶液浸泡后清洗，过滤并烘干，800℃煅烧2h；
26.选2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷(pbtca)与聚环氧琥珀酸(pesa)作为阻垢活性成分，具体方法如下：
27.称取2公斤已预处理沸石粉浸泡于4升pbtca中4h，使其充分吸附后过滤，80℃烘干，记为固体阻垢剂粉末a；
28.称取2公已预处理硅藻土浸泡于4升pesa中4h，使其充分吸附后过滤，80℃烘干，记为固体阻垢剂粉末b。
29.实施例2：采用单一粘结剂制备固体缓释阻垢材料：
30.称取固体阻垢剂粉末a600克、钛白粉200克混合均匀，加入200克10％的聚乙烯醇溶液与适量水分搅拌至面团状进行成型，将已成型的颗粒120℃烘烤2h即得固体缓释阻垢材料a1；
31.称取固体阻垢剂粉末a600克、钛白粉200克混合均匀，加入含有200克水玻璃硅酸
钠溶液充分搅拌至均匀混合，80℃烘干，加入适量水分搅拌至面团状进行成型，将已成型的颗粒120℃烘烤2h即得固体缓释阻垢材料a2。
32.实施例3：采用二元混合粘结剂制备固体缓释阻垢材料：
33.称取固体阻垢粉末a 600克、钛白粉200克混合均匀，加入含有100克水玻璃硅酸钠溶液充分搅拌至均匀混合，80℃烘干；
34.将上述烘干后的物料加入100克10％的聚乙烯醇溶液与适量水分搅拌至面团状进行成型，将已成型的颗粒120℃烘烤2h即得固体缓释阻垢材料a3。
35.实施例4：采用单一粘结剂制备固体缓释阻垢材料：
36.称取固体阻垢粉末b 600克、滑石粉200克混合均匀，加入200克聚氨酯与适量水分搅拌至面团状进行成型，将已成型的颗粒120℃烘烤2h即得固体缓释阻垢材料b1；
37.称取固体阻垢粉末b 600克、滑石粉200克混合均匀，加入含有200克水玻璃硅酸钠溶液充分搅拌至均匀混合，80℃烘干，加入适量水分搅拌至面团状进行成型，将已成型的颗粒120℃烘烤2h即得固体缓释阻垢材料b2。
38.实施例5：采用二元混合粘结剂制备固体缓释阻垢材料：
39.称取固体阻垢粉末b 600克、滑石粉200克混合均匀，加入含有100克水玻璃硅酸钠溶液充分搅拌至均匀混合，80℃烘干；
40.将上述烘干后的物料加入100克聚氨酯与适量水分搅拌至面团状进行成型，将已成型的颗粒120℃烘烤2h即得固体缓释阻垢材料b3。
41.实施例6：阻垢性能比较
42.称取阻垢样品a1、a2、a3，b1、b2、b3各10克进行阻垢性能测试，测试结果如下：
43.表1、固体阻垢剂粉末a系列的阻垢性能测试
[0044][0045]
表2、固体阻垢剂粉末b系列的阻垢性能测试
[0046][0047]
由上述测试结果可得，采用单一有机粘结剂的测试样品a1与b1冲水2000l后颗粒崩塌成粉末状，采用单一无机硅酸盐粘结剂样品a2与b2阻垢剂释放速度过快，阻垢寿命极短，冲水3000l后基本无阻垢效果，采用有机粘结剂与无机硅酸盐粘结剂混合使用的样品a3与b3既可提高颗粒的耐水性，又可有效控制阻垢剂的释放量，达到长效阻垢功能。
[0048]
实施例7：基于反渗透膜前置使用条件，称取阻垢样品a1、a2、a3各6克浸泡于100ml纯水中测试，每1h测试tds与总磷，测试结果如图1和图2所示。由图1和图2的对比曲线可以看出，单一无机体系浸泡初期活性成分释放量过高，持续时间短，单一有机体系与二元混合体系释放量稳定，单一有机体系随着浸泡时间增长，释放量高于二元混合体系，与测试阻垢性能时颗粒崩塌一致。