本发明涉及新型材料制造
技术领域：
，具体涉及一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料及其制备方法。
背景技术：
：发电厂的二次热风非常丰富，经常作为热源对脱硫废水浓缩干燥实现脱硫废水的零排放，为了充分利用热源，提高换热效率，通过换热器气流循环使用对余热进行回收。但火力发电厂脱硫后产生的废水成分十分复杂，对某发电有限公司一期脱硫废水进行了水质全分析，表明其中含有k+、na+、ca2+、mg2+等阳离子，cl-、s2-、f-、so42-等阴离子，因此，在脱硫废水水质净化过程中，常常会生成微溶性或难溶性的钙盐、镁盐。在浓缩过程中，系统中的溶解性固体、盐类等都会比补充水中高很多，当这些无机盐类在脱硫废水浓缩干燥系统中呈过饱和状态时，就会在换热器污水侧以水垢的形态析出，牢固粘贴在金属表面。换热器污水侧表面一旦有污垢生成，会使换热器的导热热阻上升，传热性能下降，增加热量损失，降低换热器运行经济性。防止换热器结垢，一般采用昂贵的替代材料，如钛合金，制成耐垢性好的换热器，钛合金中包含13.5wt％的al，13.3wt％的v和10.0wt％的cr，并具有21.9w/(m·k)的导热率，但是制造和使用成本太高。不锈钢换热器最为常见，但它不适合于氯离子浓度高的浓盐水中，给稳定运行带来极大的不便。基于上述考虑，对换热器的材料提出了新要求，急需一种高导热不结垢的材料，高分子复合材料就是其中之一。目前已有专利发明的导热高分子材料使用温度和力学性能低，它们所选用的导热辅助材料有碳纤维、陶瓷颗粒、金属粉、石墨等，均具有明显缺陷，从结果来看，碳纤维制成的导热复合材料具有各向异性，金属粉的密度又远高于填充的基料，会出现填充物分散性差等诸多问题，同时金属粉不做抗氧化处理极易腐蚀生锈，况且20％的金属粉作填充导热辅料，根本达不到高导热的目的。从经济上来说，高导热碳纤维、金属粉价格昂贵。从填充方式上看，大多为不同粒度、不同形状的辅助填料复配填充提高堆积量，但都对导热的提高有限。从制备工艺上看，多数专利都需共混、挤出、造粒、模压等工序制备导热复合材料，工艺繁琐，设备投入大，极其消耗资源。因此，有必要对现有技术进行改进，以满足现实之需。技术实现要素：本发明的目的是提供一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料及其制备方法，采用具有层状结构的膨胀石墨作为导热填料，以原位插层聚合的方式制备聚酰亚胺/膨胀石墨导热复合材料，具有高导热、耐高温、不结垢、低成本、制备工艺简单等优点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料，包括如下组分及其质量份数：膨胀石墨10-50份、二酐单体26-47份、二胺单体23-42份、偶联剂0.1-0.5份。根据以上方案，所述膨胀石墨的膨胀倍数为300倍、粒径为8μm，膨胀石墨作为导热填料，是将天然鳞片石墨加入体积比为4:1的浓硫酸和浓硝酸混合液中，搅拌制得石墨插层化合物，然后在高温下处理，使片状石墨得以膨胀，层间距增大。根据以上方案，所述二酐单体为均苯四甲酸二酐。根据以上方案，所述二胺单体为4,4-二氨基二苯醚。根据以上方案，所述极性溶剂为n,n-二甲基乙酰胺。根据以上方案，所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料的制备方法，包括如下步骤：1)利用偶联剂对膨胀石墨进行表面处理；2)将二胺单体和经步骤1)的物料加入到极性溶剂n,n-二甲基乙酰胺中，在超声与电磁搅拌下溶解，然后分5-6批加入二酐单体，每次加完后以900r/min的转速搅拌，全部加完后继续搅拌1-2h，得到复合材料预聚体溶液；3)将复合材料预聚体溶液浇注在玻璃平板上，干燥，得到聚酰胺酸/膨胀石墨复合材料；4)将聚酰胺酸/膨胀石墨复合材料脱水环化，即得不结垢换热材料成品聚酰亚胺/膨胀石墨复合材料。根据以上方案，所述干燥为在80℃条件下加热1h，再在50℃条件下干燥6～7h以除去溶剂。本发明的有益效果是：1)本发明以膨胀石墨采用原位插层聚合的方法制备聚酰亚胺/膨胀石墨复合材料，在超声波条件下，二胺单体很容易进入石墨片层，然后分批加入二酐单体，使聚合反应在石墨片层间进行，石墨片层进一步被打开，一方面阻止了石墨的团聚，另一方面又提高了界面的结合性，复合材料的导热性和力学性能得以保持；2)本发明利用偶联剂对膨胀石墨进行处理，改善树脂与膨胀石墨的界面性能，增强膨胀石墨与树脂之间的相容性，增强粘合强度，使复合材料表面获得良好的表面质量和机械性能；3)本发明的聚酰亚胺/膨胀石墨复合材料耐热性好，可以在200℃的较高温度下连续使用，比国内用聚乙烯、聚丙烯制成的导热材料使用温度高两倍多；4)由本发明的聚酰亚胺/膨胀石墨复合材料制成的管材或板材导热性强，如强腐蚀工况下采用的聚四氟乙烯管材导热系数只有0.19-0.25w/m·k，而本发明的聚酰亚胺/膨胀石墨复合材料的导热系数为2.6038w/m·k；5)本发明的聚酰亚胺/膨胀石墨复合材料材质轻、耐腐蚀、耐高温，疏水性好，废水在复合材料管道内不易结垢；6)本发明的制备方法具有制备工艺简单、低能耗、低设备投入、低成本，却生产出环保高效的产品。具体实施方式下面结合实施例对本发明的技术方案进行说明。实施例1：本发明提供一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料，包括如下组分及其质量份数：膨胀石墨10份、二酐单体47份、二胺单体42份、偶联剂0.1份，其制备方法，包括如下步骤：1)利用偶联剂对膨胀石墨进行表面处理：量取18ml无水乙醇和1ml去离子水，然后称取少量无水草酸加入到上述混合液搅拌至溶解，调节ph＝4左右，加入1ml偶联剂，在油浴90℃及搅拌条件下回流2h，备用。称取适量的膨胀石墨，按乙醇:水＝9:1配制适量溶液加入烧杯中，取一定量的上述水解的偶联剂溶液，机械搅拌大约30min，在60℃恒温水浴锅中静置一段时间后放置100℃真空干燥箱中干燥，冷却后取出，备用；2)将二胺单体和经步骤1)的物料加入到n,n-二甲基乙酰胺中，在超声条件下电磁搅拌30min，使之充分溶解，然后分5批加入二酐单体，每次加完后以900r/min的转速搅拌，全部加完后继续搅拌1.5h，得到复合材料预聚体溶液；3)将复合材料预聚体溶液浇注在玻璃平板上，在80℃条件下加热1h，再在50℃条件下干燥6h除去溶剂，得到聚酰胺酸/膨胀石墨复合材料；4)将聚酰胺酸/膨胀石墨复合材料脱水环化，制备工艺条件：120℃30min—180℃30min—250℃30min—300℃30min—340℃5min，即得高导热不结垢高分子复合材料成品聚酰亚胺/膨胀石墨复合材料，产品试样记为1#。实施例2：本发明提供一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料，包括如下组分及其质量份数：膨胀石墨20份、二酐单体42份、二胺单体38份、偶联剂0.2份，其制备方法同实施例1，产品试样记为2#。实施例3：本发明提供一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料，包括如下组分及其质量份数：膨胀石墨30份、二酐单体35份、二胺单体32份、偶联剂0.3份，其制备方法同实施例1，产品试样记为3#。实施例4：本发明提供一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料，包括如下组分及其质量份数：膨胀石墨40份、二酐单体31份、二胺单体28份、偶联剂0.4份，其制备方法同实施例1，产品试样记为4#。实施例5：本发明提供一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料，包括如下组分及其质量份数：膨胀石墨50份、二酐单体26份、二胺单体23份、偶联剂0.5份，其制备方法同实施例1，产品试样记为5#。实施例6：本发明提供一种脱硫废水浓缩系统中不结垢换热材料，包括如下组分及其质量份数：膨胀石墨0份、二酐单体52份、二胺单体47份、偶联剂0份，其制备方法同实施例1，产品试样记为6#。对实施例1至6的产品进行拉伸强度和导热系数检测，结果见表1：表1试样1#-6#的性能检测结果测试项目单位1#2#3#4#5#6#拉伸强度mpa1491381139689153导热系数w/(m·k)0.4360.6020.9211.4142.6030.20以实施例1至6的产品，与常用作换热器管材的不锈钢(记为7#)作为对比，选取某发电有限公司脱硫废水溶液，实验前，准确称量各试样质量，放置于盛有脱硫废水的烧杯中，再将烧杯放于恒温的水浴锅内，控制温度分别在20、40、60℃，实验时间为五天，五天后取出试样称量质量，研究脱硫废水对各试样结垢性能的影响，实验结果如表2、表3、表4。采用光学接触角测量仪对各试样的接触角进行测量，表征材料的润湿性，测试结果如表5所示。不同温度下各试样增重量如表2、表3、表4所示，各试样增重量总体上随温度升高而增加，7#不锈钢试样在3种温度下增重量差异较大，增重速率随温度升高而加快；1#、2#、3#、4#、5#、6#试样在20℃和40℃下增重都不明显，60℃时略有增加，总体上来看，1#、2#、3#、4#、5#、6#试样不易结垢。表220℃下不同材料在废水中结垢量(单位：mg)表340℃下不同材料在废水中结垢量(单位：mg)表460℃下不同材料在废水中结垢量(单位：mg)表5不同材料表面接触角接触角越小，粘附功越大，液体越容易润湿固体。蒸馏水在1#、2#、3#、4#、5#、6#表面接触角均大于90°，说明水溶液在这种表面不易润湿，表面具有疏水性，污垢很难粘附在材料表面。7#不锈钢接触角为71.25°，表现为亲水性，表面容易结垢。以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。当前第1页12