一种污水处理用反渗透膜阻垢剂及其应用的制作方法

1.本发明属于阻垢剂生产技术领域，具体涉及一种污水处理用反渗透膜阻垢剂及其应用及其制备方法。


背景技术：

2.随着水资源的日益短缺和水质环境的不断恶化，如果将生活污水和工业污水直接排放不仅会进一步污染水质还会对环境造成破坏，因此需要对各种污水进行处理后再排放。
3.反渗透又称逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。由于反渗透设备中的反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，取得净制的水，并且反渗透过程简单，能耗低，而在海水、苦咸水的淡水；水的软化处理；废水处理以及食品、医药工业、化学工业的提纯、浓缩、分离等方面得到广泛使用。
4.但是，反渗透设备对生活污水和工业污水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质等物质进行有效去除时，无机盐会在反渗透膜表面进行结垢，反渗透膜表面结垢会严重影响系统正常稳定的运行，恶化出水水质、缩短反渗透膜的使用寿命、增加企业的生产成本，而阻垢剂是防止反渗透设备结垢的最直接有效的方法。
5.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、结垢的功能，但是现有技术中的阻垢剂添加到一定浓度时，就会达到阻垢剂阻止、干扰难溶性无机盐沉积的极限，此时，阻垢能力不再增加，从而降低阻垢剂的阻垢效果。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种污水处理用反渗透膜阻垢剂及其应用，以解决上述背景技术中提出的阻垢剂添加到一定浓度时，就会达到阻垢剂阻止、干扰难溶性无机盐沉积的极限，此时，阻垢能力不再增加，从而降低阻垢剂的阻垢效果。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种污水处理用反渗透膜阻垢剂，包括以下质量份的组分：阻剂15-25质量份，氢氧化钠15-20质量份，多羟基硬脂酸0.5-5份，水50-65质量份，其中，阻剂的质量份数为15-25(包含其间的所有数值)，例如，15、16、17、18、20、21、23、25或者其中任意两者之间的数值范围，为了提高反渗透膜阻垢剂的阻垢能力，优选地，阻剂为16-23质量份，进一步优选地，阻剂为16-20质量份；氢氧化钠的质量份数为15-20(包含其间的所有数值)，例如，15、16、17、18、19、20或者其中任意两者之间的数值范围，优选地，氢氧化钠的质量份数为16-18，本发明中的氢氧化钠用来调节阻剂的ph值；多羟基硬脂酸的质量份数为0.5-5(包含其间的所有数值)，例如，0.5、1、1.5、2、2.5、3、4、5或者其中任意两者之间的数值范围，多羟基硬脂酸的选用，不仅可以用来防止污水中碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁等的沉降和凝聚，也可以提高阻垢剂阻止难溶性无机盐沉积的极限，提高阻剂的阻垢能力，优选地，多羟基硬脂酸为0.5-2份；水的质量份数为50-65(包含其间的所有数值)，例如，50、52、55、57、60、62、65或者其中任意两者之间的数值范围，优选地，水为55-65
质量份。
8.所述多羟基硬脂酸为二羟基硬脂酸和三羟基硬脂酸中的至少一种。
9.二羟基硬脂酸为9,12-二羟基硬脂酸、9,10-二羟基硬脂酸、10,12-二羟基硬脂酸中的至少一种，9,10-二羟基硬脂酸例如可以选用刊名为《化学研究与应用》，论文为《两个羟基硬脂酸的合成及其对锂基润滑脂性能影响研究》的期刊的合成方法制备而成，9,12-二羟基硬脂酸和10,12-二羟基硬脂酸例如选用厂家为广州富飞化工实力供应商生产的9，12-二羟基硬脂酸和10,12-二羟基硬脂酸。
10.所述三羟基硬脂酸为9,10,12-三羟基硬脂酸，9,10,12-三羟基硬脂酸例如也可以选用刊名为《化学研究与应用》，论文为《两个羟基硬脂酸的合成及其对锂基润滑脂性能影响研究》的期刊的合成方法制备而成。
11.所述阻剂由聚环氧琥珀酸、乙二胺四乙酸以及聚天冬氨酸按照质量比1：(0.5-1)：(0.1-0.6)组成，聚环氧琥珀酸是一种无氮、非磷有机化合物，对水污染小，并且同时具有阻垢和缓蚀双重功效，乙二胺四乙酸是一种能与mg
2
、ca
2
、mn
2
、fe
2
等二价金属离子结合的螯合剂，具有阻垢效果，且乙二胺四乙酸显弱酸性，能与碳酸盐反应放出二氧化碳，从而防止、阻止或干扰难溶性无机盐在反渗透膜等的表面沉淀、结垢，并且乙二胺四乙酸酸性弱，不会对金属表面进行腐蚀，不影响反渗透设备的使用周期，聚天冬氨酸生物可降解，对环境无污染，并且聚天冬氨酸作为水处理剂，不仅具有阻垢、缓蚀作用，还具有分散作用，作为阻垢剂，特别适合于抑制冷却水、锅炉水及反渗透处理中的碳酸钙垢、硫酸钙垢、硫酸钡垢和磷酸钙垢的形成，并且可有效防止金属设备的腐蚀，而使用广泛，聚环氧琥珀酸例如选用刊名为《功能材料》，论文为《聚环氧琥珀酸合成及阻垢率测量方法改进提供的合成方法》制得，乙二胺四乙酸例如可以由厂家为潍坊滨海石油化工有限公司，授权号为cn113444006b，专利名称为“一种乙二胺四乙酸的生产方法的生产方法”生产乙二胺四乙酸，聚天冬氨酸例如选用申请人为浙江欣和环境科技有限公司，授权号为cn102146161b，专利名称为“一种用于阻垢剂的聚天冬氨酸合成物的制备方法”制得聚天冬氨酸，聚环氧琥珀酸具有阻垢和缓蚀的效果，聚环氧琥珀酸单独使用时，聚环氧琥珀酸缓蚀效果差，与乙二胺四乙酸以及聚天冬氨酸搭配使用，具有更好的缓蚀效果，
12.在本发明的一些实施方案中，为了进一步的提高阻垢剂阻止、干扰难溶性无机盐沉积的极限，提高阻垢剂的阻垢能力，阻剂中聚环氧琥珀酸：乙二胺四乙酸：聚天冬氨酸质量比保持在1：(0.5-1)：(0.1-0.6)之间时，本发明提供的阻垢剂阻止碳酸钙等无机盐垢效果更好。
13.在本发明的一些实施方案中，所述阻垢剂还包括0.1-2质量份阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚甲基丙烯酸、十二烷基苯磺酸钠、n-油酰基n-甲基牛磺酸钠、烷基苯磺酸钠和烷基硫酸钠中的至少一种，阴离子表面活性剂质量份为0.1-2(包含其间的所有数值)，例如，0.1、0.3、0.5、0.8、1、1.2、1.5、1.8、2或者其中任意两者之间的数值范围，为了进一步的提高反渗透设备的阻垢除垢效果，也可以选用表面活性剂，从而进一步的减少反渗透设备内结垢的可能性，优选地，阴离子表面活性剂为0.2-0.6质量份。
14.在本发明的一些实施方案中，所述阻垢剂还包括0.2-0.8质量份缓蚀剂，所述缓蚀剂为三乙醇胺、新洁尔灭、丙炔醇胺中的至少一种，为了防止反渗透设备被污水中的物质腐
蚀，而使用缓蚀剂，缓蚀剂的使用，可以防止或减缓反渗透设备腐蚀的程度，从而对金属进行更好的保护，缓蚀剂质量份为0.2-0.8(包含其间的所有数值)，例如，0.2、0.5、0.6、0.7、0.8或者其中任意两者之间的数值范围，优选地，缓蚀剂为0.3-0.6质量份。
15.在本发明的一些实施方案中，所述阻垢剂还包括1-5质量份阻凝剂，所述阻凝剂为羟基丁二酸，阻凝剂质量份为1-5(包含其间的所有数值)，例如，1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或者其中任意两者之间的数值范围，优选地，阻凝剂质量份为3-5，阻凝剂起到阻止或防止混合物之间发生凝结作用，从而使得阻垢剂内的物质分布更均匀。
16.在本发明的一些实施方案中，所述阻垢剂还包括0.1-0.5质量份柠檬酸，柠檬酸的质量份数为0.1-0.5(包含其间的所有数值)，例如，0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或者其中任意两者之间的数值范围，优选地，柠檬酸的质量份数为0.2-0.4，柠檬酸是一种安全清洗剂，可以使水管内的陈年积垢剥离脱落，让水管畅通清洁，由于柠檬酸不含有cl-，对金属腐蚀小，故不会对设备造成腐蚀。
17.在本发明的一些实施方案中，所述反渗透膜阻垢剂的制备方法为：取配方所需质量份数的阻剂、氢氧化钠、多羟基硬脂酸、水、阴离子表面活性剂、缓蚀剂、阻凝剂和柠檬酸进行混合，混合时间为1-2h，混合速度为50-120r/min，混合均匀后，制得反渗透膜阻垢剂。
18.本发明另一方面还提供上述污水处理用反渗透膜阻垢剂在污水反渗透设备中的应用。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：相对于现有技术的阻垢剂，本发明提供的阻垢剂能够提高阻止碳酸钙等无机盐垢沉积的极限，在对污水处理时，能够明显提高阻垢剂对碳酸钙等无机盐垢的阻垢能力，从而提高反渗透膜对污水的处理效果。
具体实施方式
20.下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
21.一种污水处理用反渗透膜阻垢剂，包括以下质量份的组分：阻剂15-25质量份，氢氧化钠15-20质量份，多羟基硬脂酸0.5-5份，水50-65质量份，其中，所述多羟基硬脂酸为二羟基硬脂酸和三羟基硬脂酸中的至少一种，二羟基硬脂酸为9,12二羟基硬脂酸、9,10二羟基硬脂酸、10,12-二羟基硬脂酸中的至少一种，所述三羟基硬脂酸为9,10,12-三羟基硬脂酸。
22.其中，所述阻剂由聚环氧琥珀酸、乙二胺四乙酸以及聚天冬氨酸按照质量比1：(0.5-1)：(0.1-0.6)组成。
23.其中，阻垢剂还包括0.1-2质量份阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚甲基丙烯酸、十二烷基苯磺酸钠、n-油酰基n-甲基牛磺酸钠、烷基苯磺酸钠和烷基硫酸钠中的至少一种。
24.其中，阻垢剂还包括0.2-0.8质量份缓蚀剂，所述缓蚀剂为三乙醇胺、新洁尔灭、丙炔醇胺中的至少一种。
25.其中，阻垢剂还包括1-5质量份阻凝剂和0.1-0.5质量份柠檬酸，所述阻凝剂为羟基丁二酸。
26.本发明另一方面还提供污水处理用反渗透膜阻垢剂在污水反渗透设备中的应用。
27.基于污水处理用反渗透膜阻垢剂的制备方法制备污水处理用反渗透膜阻垢剂时，包括以下生产过程：
28.取配方所需质量份数的阻剂、氢氧化钠、多羟基硬脂酸、水、阴离子表面活性剂、缓蚀剂、阻凝剂和柠檬酸进行混合，混合时间为1-2h，混合速度为50-120r/min，混合均匀后，制得反渗透膜阻垢剂。
29.下面将结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
30.实施例1：一种污水处理用反渗透膜阻垢剂，包括以下质量份的组分：聚环氧琥珀酸10质量份、乙二胺四乙酸5质量份、聚天冬氨酸1.8质量份、氢氧化钠16.5质量份、9,12二羟基硬脂酸0.6份、水62质量份、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸0.2质量份、三乙醇胺0.4质量份、羟基丁二酸3质量份和柠檬酸0.3质量份。
31.实施例2：一种污水处理用反渗透膜阻垢剂，包括以下质量份的组分：聚环氧琥珀酸10质量份、乙二胺四乙酸5质量份、聚天冬氨酸5质量份、氢氧化钠15质量份、9,12-二羟基硬脂酸0.4质量份、9,10-二羟基硬脂酸0.3质量份、水62质量份、聚甲基丙烯酸0.5质量份、丙炔醇胺0.6质量份、羟基丁二酸2质量份和柠檬酸0.4质量份。
32.实施例3：一种污水处理用反渗透膜阻垢剂，包括以下质量份的组分：聚环氧琥珀酸10质量份、乙二胺四乙酸10质量份、聚天冬氨酸5质量份、氢氧化钠18质量份、9,10,12-三羟基硬脂酸5质量份、水65质量份、n-油酰基n-甲基牛磺酸钠1质量份、三乙醇胺0.8质量份、羟基丁二酸5质量份和柠檬酸0.5质量份。
33.实施例4：采用的污水处理用反渗透膜阻垢剂组分且各组分质量份数基本同实施例1，区别在于：聚环氧琥珀酸12质量份、乙二胺四乙酸2.4质量份、聚天冬氨酸2.4质量份。
34.实施例5(与实施例2比)：采用的污水处理用反渗透膜阻垢剂组分且各组分质量份数基本同实施例1，区别在于：聚环氧琥珀酸10质量份、乙二胺四乙酸1质量份、聚天冬氨酸9质量份。
35.实施例6：采用的污水处理用反渗透膜阻垢剂组分且各组分质量份数基本同实施例3，区别在于：聚环氧琥珀酸10质量份、乙二胺四乙酸4质量份、聚天冬氨酸2.8质量份。
36.实施例7：采用的污水处理用反渗透膜阻垢剂组分且各组分质量份数基本同实施例1，区别在于：聚环氧琥珀酸10质量份、乙二胺四乙酸6质量份、聚天冬氨酸8质量份。
37.对比例1：采用的污水处理用反渗透膜阻垢剂组分且各组分质量份数基本同实施例1，区别在于：不添加多羟基硬脂酸。
38.对比例2：采用的污水处理用反渗透膜阻垢剂组分且各组分质量份数基本同实施例1，区别在于：9,12二羟基硬脂酸改用12-羟基硬脂酸。
39.制备实施例1至实施例7所需的反渗透膜阻垢剂时，均采用以下生产过程：
40.取配方所需质量份数的阻剂、氢氧化钠、多羟基硬脂酸、水、阴离子表面活性剂、缓蚀剂、阻凝剂和柠檬酸进行混合，混合时间为1h，混合速度为100r/min，混合均匀后，制得反渗透膜阻垢剂。
41.制备对比例1所需的反渗透膜阻垢剂时，采用以下生产过程：
42.取配方所需质量份数的阻剂、氢氧化钠、水、阴离子表面活性剂、缓蚀剂、阻凝剂和柠檬酸进行混合，混合时间为1h，混合速度为100r/min，混合均匀后，制得反渗透膜阻垢剂。
43.制备对比例2所需的反渗透膜阻垢剂时，采用以下生产过程：
44.取配方所需质量份数的阻剂、氢氧化钠、12-羟基硬脂酸、水、阴离子表面活性剂、缓蚀剂、阻凝剂和柠檬酸进行混合，混合时间为1h，混合速度为100r/min，混合均匀后，制得反渗透膜阻垢剂。
45.反渗透膜阻垢剂性能测试包括以下方法：
46.a：在容器中加入v1(150ml)、c1(0.009mol/l)的cacl2溶液，并加入剂量为w(1mg/l)的反渗透阻垢剂；
47.b:将容器处于密闭、(25
±
1)℃恒温状态、电磁搅拌速度(20r/min)条件下，滴加v2(2ml)、c2(0.3mol/l)的nahco3溶液，记为第1次；
48.c:2min后用数字型ph计测量溶液的ph值，同时再次滴加v2(2ml)、c2(0.3mol/l)的nahco3溶液，记为第2次；
49.d:重复步骤c，共n次，此时溶液ph值降低(溶液中生成caco3沉淀)，记录第n-1次滴加nahco3后溶液ph值即p，并计算n-1次累计消耗的nahco3溶液体积v，其中v＝(n-1)v2；
50.e:计算沉淀生成之前溶液中caco3的过饱和度s，根据s的大小判断阻垢剂的阻垢性能，s值越大，说明阻垢剂的阻碳酸盐垢效果越好。
51.根据实验过程中记载的数据，计算过程如下：
[0052][0053][0054][0055][0056]
式中：[ca
2
]、[hco
3-]、[co
32-]、[h

]表示ph值降低前钙离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子和氢离子浓度，单位mol/l；
[0057]
k2表示碳酸的二级电离平衡常数；25℃时，k2＝10-10.33
；
[0058]ksp
表示caco3的溶度积常数；25℃时，k
sp
为4.8
×
10-9
；
[0059]
v＝(n-1)v2；
[0060]
[h

]＝10-p
。
[0061]
反渗透阻垢剂性能测试时，分别加入实施例1至实施例7、对比例1、对比例2制备的反渗透膜阻垢剂，并测试计算出过饱和度s值；
[0062]
同时以不添加阻垢剂作为空白试验，测试计算出空白试验的过饱和度s值，试验结果如表1所示：
[0063]
表1
[0064][0065]
由表1可知，在阻垢剂存在的情况下，可以阻止污水中碳酸钙等无机盐垢的形成，在测试反渗透膜阻垢剂性能时，阻垢剂在不添加多羟基硬脂酸的情况下，测得的过饱和度s值仅为767，然而使用本发明制得的阻垢剂时，测得的过饱和度s值可以达到836以上，可见，相对于现有技术，本发明提供的阻垢剂可以提高阻止碳酸钙垢沉积的极限，继续阻止碳酸钙的形成；
[0066]
且选用单羟基硬脂酸为12-羟基硬脂酸时，测得的过饱和度s值为817，相对于对比例1，虽然提高了阻止阻垢剂沉积的极限，但是达到的试验效果仍不乐观，而本发明制备的阻垢剂使用多羟基硬脂酸的情况下，测得的过饱和度值可以达到836以上，可见，相对于使用单羟基硬脂酸，本发明提供的阻垢剂在添加多羟基硬脂酸的情况下，阻垢剂阻止碳酸钙垢沉积的极限得到明显提高；
[0067]
在使用的阻剂的质量份数为15-25的情况下，阻剂中乙二胺四乙酸：聚天冬氨酸的质量比不在1：(0.5-1)：(0.1-0.6)之间时，过饱和度s值最多达到895，而质量比在1：(0.5-1)：(0.1-0.6)之间时，过饱和度s值在955以上，可见在本发明的阻垢剂选用阻剂中聚环氧琥珀酸：乙二胺四乙酸：聚天冬氨酸的质量比为1：(0.5-1)：(0.1-0.6)的情况下，可以进一步提高阻垢剂阻止碳酸钙垢沉积的极限。
[0068]
综上，相对于现有技术的阻垢剂，本发明提供的阻垢剂能够提高阻止碳酸钙等无机盐垢沉积的极限，在对污水处理时，能够明显提高阻垢剂对碳酸钙垢的阻垢能力，从而提高反渗透膜对污水的处理效果。
[0069]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0070]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，显然，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。