专利名称：一种三元协同缓蚀剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种协同型缓蚀剂，特别是用于冷却水处理和废水处理、含聚天冬氨酸类物质的三元协同缓蚀剂。
背景技术：
缓蚀剂的协同效应是指在缓蚀剂用量相同的情况下，配合适当的缓蚀剂混合物，其缓蚀效果明显超过各个组分单独使用的缓蚀效果。早在20世纪50年代初，缓蚀剂的协同效应就已经被发现并成为缓蚀剂研究和现代商品缓蚀剂开发的主要依据。然而直到现在，人们对缓蚀协同效应的本质和规律性远未查明，复合型缓蚀剂的开发基本是经验性的。以新近开发的以聚天冬氨酸(简称PASP)为主要成分的缓蚀剂为例PASP是一种具有阻垢性的水溶性聚合物，其分子结构中不含磷元素，不会引起水体富营养化，可生物降解性好，是一种绿色聚合物。以PASP为基础的水处理方法是目前水处理技术的前沿。目前主要用于循环冷却水系统运行期间的防腐阻垢处理的PASP系的水处理配方，例如美国专利“Scale corrosion inhibitingcomposition”(U.S.Pat.No.6,464,900，2002)提供了一种由聚天冬氨酸和一种水溶性有机低聚物组成的配方，当该配方中聚天冬氨酸和水溶性有机低聚物的用量分别为15.0mg/L和10.0mg/L时的防腐效果最好，通过旋转腐蚀测试试验得其腐蚀速度为6.1mpy，其缓蚀效果不够理想。“一种以聚天冬氨酸为主剂的复合水处理剂”(中国专利公开号CN 1323750A)，提供了一种以聚天冬氨酸为主要阻垢成分，以钨酸钠为缓蚀剂以及其他辅助组分的多功能缓蚀和阻垢作用的复合水处理剂，该水处理剂的使用需要先将预膜处理剂投入水中，预膜处理48小时左右，然后再稀释转移至处理浓度，并加以维持。预膜水处理时水处理剂的组分和含量为聚天冬氨酸100～250mg/L，钨酸盐100～250mg/L，柠檬酸钠300～400mg/L，苯骈三氮唑0～10mg/L，锌盐0～4mg/L。预膜处理48h后，再转移至正常处理时的水处理剂浓度，正常处理时水处理剂的组分和含量为聚天冬氨酸1～7mg/L，钨酸盐5～15mg/L，柠檬酸钠20～40mg/L，苯骈三氮唑0～2mg/L，锌盐0～3mg/L。该复合水处理剂需要在预膜的基础上才能获得好的效果，而预膜工艺需要大量的淡水置换和废水排放。通常的复合缓蚀剂均是以协同效应为基础的协同配方，其开发基本是经验性的，需要有经验的技术人员做非常多的试验，再加上“运气”才能成功。
发明内容
本发明的目的是提供一种三元协同作用模式的缓蚀剂配方，采用该模式可以设计开发缓蚀效果好的协同缓蚀剂，可用于循环冷却水处理和废水处理。
本发明一种三元协同缓蚀剂，是以聚天冬氨酸类物质为主要阻垢成分的复合水处理剂，其特征在于，协同缓蚀剂主要由以下三部分构成(1)分子结构中含有孤对电子的物质聚天冬氨酸类物质，其用量以聚天冬氨酸计为5～50mg/L；(2)能在金属表面生成沉积物的物质锌盐，其用量以Zn2+计为1～5mg/L；(3)对沉积物具有螯合作用的物质2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸(简称PBTCA)，其用量为5～50mg/L。
本发明采用的聚天冬氨酸类物质为聚天冬氨酸或聚天冬氨酸盐。
本发明采用的聚天冬氨酸盐为聚天冬氨酸碱金属盐聚天冬氨酸钠或聚天冬氨酸钾。
本发明采用的聚天冬氨酸盐为聚天冬氨酸碱土金属盐聚天冬氨酸钙或聚天冬氨酸镁。
本发明采用的锌盐为硫酸锌、氯化锌或硝酸锌。
本发明的缓蚀协同作用模式是吸附-沉积-螯合控制，即协同缓蚀剂组分分子由具有吸附、沉积、螯合作用的至少三种官能团组成，吸附官能团含有孤对电于以向金属表画吸附并形成吸附膜，沉积官能团能在金属表而形成沉积物以强化吸附膜，螯合官能团对沉积物有螯合作用以控制膜厚度。根据该模式设计开发的协同缓蚀剂通过腐蚀试验，可以确定三种缓蚀剂组分的最佳配比和用量。根据协同作用模式，设计开发了本发明PASP-Zn2+-PBTCA三元协同缓蚀剂。
在本发明三元协同缓蚀剂的组成中，PASP分子中的N原子含有孤对电子，能与具有空d轨道的过渡金属原子成键，吸附在金属表面而达到保护金属的目的。如下反应式所示 在本发明三元协同缓蚀剂的组成中，Zn2+能与阴极上的OH-作用，生成不溶的Zn(OH)2沉积膜，从而强化了吸附膜。
在本发明三元协同缓蚀剂的组成中，PBTCA是一个五元酸，能与Zn2+形成较稳定的配合物，从而起到控制膜的厚度，使之不能无限增加。
在20～60℃下，含有PASP-Zn2+-PBTCA三元协同缓蚀剂的水溶液同金属表面接触，即可起到防止金属表面腐蚀和结垢的作用。
在本发明三元协同缓蚀剂与现有PASP为主要成分的缓蚀剂相比，本发明具有以下特点(1)现有PASP配方均是以协同效应为基础的协同配方，其开发基本是经验性的，需要有经验的技术人员做非常多的试验，再加上“运气”才能成功。本发明的协同作用模式对缓蚀剂的开发具有明显的指导作用，可大大减少协同缓蚀剂研究开发中的盲目性和经验性，大大减少试验次数和提高缓蚀剂开发的工作效率。
(2)现有PASP配方需要在预膜的基础上才能获得好的效果，而预膜工艺需要大量的淡水置换和废水排放，根据本发明提供的模式设计开发的PASP-Zn2+-PBTCA三元协同缓蚀剂不需要预膜即可达到好的缓蚀阻垢效果，且具有药剂用量小，缓蚀阻垢性能好等优点。用标准动态腐蚀试验法测试，碳钢在加有该缓蚀剂的水中的腐蚀速度可降低到0.041mm/a，远优于工业循环冷却水处理设计规范(GB50050-95)所规定的技术指标(≤0.125mm/a)。
具体实施例方式
实施例1根据本发明的配方用常规的方法配制水处理剂。按照HG/T2159-91标准，将标准A3钢试片固定在动态腐蚀测试仪的试片架上，不需要预膜处理而直接放入加有PASP30mg/L，氯化锌3mg/L(以Zn2+计)，PBCTA20mg/L和标准腐蚀水(含二水氯化钙735mg/L、硫酸镁493mg/L、氯化钠658mg/L和碳酸氢钠168mg/L)的试杯中，试杯置于40℃的恒温水浴中，试片以0.35m.S-1的转速旋转，试液自然蒸发，每隔4h补充一次水，72h后停止测试，测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.050mm/a。
实施例2操作方法与实施例1相同，将聚天冬氨酸钠替代PASP(用量以PASP计)，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.052mm/a。
实施例3操作方法与实施例1相同，将聚天冬氨酸钙替代PASP(用量以PASP计)，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.056mm/a。
实施例4操作方法与实施例1相同，将硫酸锌替代氯化锌，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.054mm/a。
实施例5操作方法与实施例1相同，将硝酸锌替代氯化锌，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.053mm/a。
实施例6操作方法与实施例1相同，将PASP的用量变为5mg/L，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.108mm/a。
实施例7操作方法与实施例1相同，将PASP的用量变为50mg/L，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.042mm/a。
实施例8操作方法与实施例1相同，将氯化锌的用量变为1mg/L，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.078mm/a。
实施例9操作方法与实施例1相同，将氯化锌的用量变为5mg/L，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.046mm/a。
实施例10操作方法与实施例1相同，将PBCTA的用量变为5mg/L，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.084mm/a。
实施例11操作方法与实施例1相同，将PBCTA的用量变为50mg/L，其余条件与实施例1相同。测得标准A3钢试片的腐蚀速度为0.041mm/a。
权利要求
1.一种三元协同缓蚀剂，是以聚天冬氨酸类物质为主要阻垢成分的复合水处理剂，其特征在于，协同缓蚀剂主要由以下三部分构成(1)分子结构中含有孤对电子的物质聚天冬氨酸类物质，其用量以聚天冬氨酸计为5～50mg/L；(2)能在金属表面生成沉积物的物质锌盐，其用量以Zn2+计为1～5mg/L；(3)对沉积物具有螯合作用的物质2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸，其用量为5～50mg/L。
2.根据权利要求1所述的协同缓蚀剂，其特征在于，聚天冬氨酸类物质为聚天冬氨酸或聚天冬氨酸盐。
3.根据权利要求2所述的协同缓蚀剂，其特征在于，聚天冬氨酸盐为聚天冬氨酸碱金属盐聚天冬氨酸钠或聚天冬氨酸钾。
4.根据权利要求2所述的协同缓蚀剂，其特征在于，聚天冬氨酸盐为聚天冬氨酸碱土金属盐聚天冬氨酸钙或聚天冬氨酸镁。
5.根据权利要求1所述的协同缓蚀剂，其特征在于，锌盐为硫酸锌、氯化锌或硝酸锌。
全文摘要
本发明一种三元协同缓蚀剂，是以聚天冬氨酸类物质为主要阻垢成分的复合水处理剂，主要由以下三部分构成(1)分子结构中含有孤对电子的物质聚天冬氨酸类物质，其用量以聚天冬氨酸计为5～50mg/L；(2)能在金属表面生成沉积物的物质锌盐，其用量以Zn
文档编号C02F5/12GK1868924SQ20051007182
公开日2006年11月29日 申请日期2005年5月25日 优先权日2005年5月25日
发明者魏刚, 杨西东, 熊蓉春 申请人:北京化工大学