氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地热水阻垢剂技术领域，具体是指一种氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当前，常规能源如煤炭、石油和天然气的使用面临着资源枯竭、污染环境的困境。 地热能属于中国《可再生能源法》（2006年）列入的可再生新能源类型，一般由抽取地下热 水而利用，是节能、减排的有效途径之一。但是，在地热能应用中地热水的结垢是必须面对 的一个难题。对地热水采用阻垢剂处理仍然是当前采用的主要手段。
[0003] 天然高分子阻垢剂具有环保的特点，可避免对水体的二次污染。其中，甲壳素是仅 次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物，它是甲壳类（虾蟹）动物、昆虫的外骨骼的主 要成分。对甲壳素分子进行改造，脱去乙酰基，得到壳聚糖。壳聚糖的活性较甲壳素有了提 高。壳聚糖本身为线型分子，分子链中含有反应性基团羟基和氨基，且氨基的邻位是羟基， 可使壳聚糖分子中形成类似网状结构的笼形分子，因此，壳聚糖可具有一定的吸附、络合、 螯合性能，故有一定的抗垢作用。但是，壳聚糖因其抗水解性差，目前只在水处理中作为絮 凝剂应用，将壳聚糖应用为阻垢剂尚需提高其抗水解性，该技术还处于研究的起始阶段，国 内外相关文献还比较少。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢 剂及其制备方法，所述氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂具有高的抗水解性，尤其对酸性地热 硬水具有尚的阻垢性能。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂，包括：氨基磺 酸改性壳聚糖，其取代度为50~90%，优选其取代度为60~80%。
[0006] 所述氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂的制备方法，依次包括以下步骤：
[0007] 1)按Ig : 80~120ml的比例称量壳聚糖固体和去离子水，配制成壳聚糖水溶液；
[0008] 2)将所诉壳聚糖水溶液水浴加热并搅拌处理0. 2~0. 8h，水浴温度为55±5°C ;
[0009] 3)按壳聚糖：氨基磺酸的质量比为I : 1~4向壳聚糖水溶液中加入氨基磺酸， 反应4~8h后，冷却至室温；
[0010] 4)将所述反应物在乙醇中重结晶，然后分离得到晶体产品；
[0011] 5)将所得到的晶体产品真空干燥处理即得到阻垢剂。
[0012] 优选地，：步骤3)中，所述壳聚糖：氨基磺酸的质量比为1 : 2~3。
[0013] 进一步地，步骤4)中，离心分离转速为2500~3500r/min。
[0014] 再进一步地，步骤4)中，所述乙醇为体积分数90~99%的乙醇。
[0015] 本发明的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂及其制备工艺控制原理分析如下：
[0016] 因为壳聚糖具有一定的吸附、络合、螯合性能，有一定的抗垢作用，本身是一种絮 凝剂，当水中壳聚糖的投加量超过一定量时它就显示絮凝性能，使水中的Ca2+等离子絮凝 沉淀，表现出阻垢率下降状态。但由于其抗水解性能差，阻垢作用受到限制而只在水处理 中作为絮凝剂应用。本发明则通过氨基磺酸改性壳聚糖，由于所含磺酸基团属于亲水类基 团，且酸性较强，增强了分子链的刚性，提高了产物的热稳定性，同时在一定程度上抑制了 水解作用，提高了改性壳聚糖的稳定性。本发明的制备方法通过严格控制反应水浴温度、壳 聚糖与氨基磺酸反应物用量比以及反应时间等因素，得到氨基磺酸改性壳聚糖的取代度为 50~90%。而取代度为50~90%的阻垢剂具有优良的阻垢性能，对硬水、尤其是酸性地热 硬水中加入本发明的阻垢剂，通过吸附、络合、螯合的作用可有效防止结垢问题。
[0017] 实践证明，本发明的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂，具有高的抗水解性，尤其对酸 性地热硬水具有高的阻垢性能可有效防止硬水（硬度多150mg/L)的结垢问题，尤其是有效 防止酸性（PH < 7)地热硬水的结垢问题。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂及其制备方法作 进一步详细说明。
[0019] 实施例1~6的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂，包括氨基磺酸改性壳聚糖，其取代 度分别如表1所示。所述氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂的制备方法，依次包括步骤：
[0020] 1)按壳聚糖固体：去离子水为Ig : 100mL称量壳聚糖固体和去离子水，按表1的 比例配比成壳聚糖水溶液；
[0021] 2)将上述壳聚糖水溶液置于水浴加热并同时搅拌处理0. 2~0. 8h，水浴温度为 55±5°C ;
[0022] 3)按表1壳聚糖：氨基磺酸的比例加入氨基磺酸，反应4~8h后，冷却至室温；
[0023] 4)将上述反应产物在体积比为95%乙醇中重结晶，其后以2500~3500r/min转 速离心分离得到产品；
[0024] 5)将分离得到的产品在40°C下真空干燥24h即可得到阻垢剂。
[0025] 具体制备工艺参数与表1所示，所得产品的取代度测定采用光度滴定法进行，阻 垢率采用静态阻垢法测定，检测地热水试样选定为：硬度多150mg/L，酸性PH < 7地热硬 水。
[0026] 检测值如表1所示。
[0027] 在表1中，Hi5a5ll : Hiiagtgs为制备方法的步骤3)中所取壳聚糖与氨基磺酸的质量 比。不同配比的壳聚糖与氨基磺酸反应影响了取代度DS的不同取值。
[0028] 表 1
[0030] 以上实施例可以看出，本发明的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂通过选择合适的壳 聚糖与氨基磺酸反应配比可实现50~90%比例范围的取代度，对高硬度酸性地热水阻垢 作用明显，阻垢率达到80 %以上，具有优良的阻垢性能。
【主权项】
1. 一种氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂，其特征在于：它包括氨基磺酸改性壳聚糖，其 取代度为50~90%。2. 根据权利要求1所述的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂，其特征在于：其取代度为 60 ~80% 〇3. 权利要求1所述的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂的制备方法，依次包括以下步骤： 1) 按lg: 80~120ml的比例称量壳聚糖固体与去离子水，配制成壳聚糖水溶液； 2) 将所诉壳聚糖溶液水浴加热并同时搅拌处理0. 2~0. 8h，水浴温度为55±5°C; 3) 按壳聚糖：氨基磺酸的质量比为1 : 1~4加入氨基磺酸，反应4~8h后，冷却至 室温； 4) 将所述反应产物在乙醇中重结晶，然后离心分离得到晶体产品； 5) 将所得到的晶体产品真空干燥处理。4. 根据权利要求3所述的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂的制备方法，其特征在于：步 骤4)中，离心分离转速为2500~3500r/min。5. 根据权利要求3或4所述的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂的制备方法，其特征在于： 步骤4)中，所述乙醇是体积分数为90~99 %的乙醇。6. 根据权利要求3或4所述的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂的制备方法，其特征在于： 步骤3)中，所述壳聚糖：氨基磺酸的质量比为1 : 2~3。
【专利摘要】本发明公开了一种氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂及其制备方法。该阻垢剂包括氨基磺酸改性壳聚糖，其取代度为50～90％。其制备方法，包括以下步骤：1)称量壳聚糖固体和去离子水，配制成壳聚糖水溶液；2)将所诉壳聚糖水溶液水浴加热并搅拌处理；3)向壳聚糖水溶液中加入氨基磺酸，反应4～8h后，冷却至室温；4)将所述反应物在乙醇中重结晶，然后分离得到晶体产品；5)将所得到的晶体产品真空干燥处理即得到阻垢剂。实践证明，本发明的氨基磺酸改性壳聚糖水阻垢剂，具有高的抗水解性，尤其对酸性地热硬水具有高的阻垢性能可有效防止硬水(硬度≥150mg/L)的结垢问题，尤其是有效防止酸性(PH＜7)地热硬水的结垢问题。
【IPC分类】C02F103/06, C02F5/12, C02F5/08
【公开号】CN105384263
【申请号】CN201510900190
【发明人】林峰, 余贵春, 向世民
【申请人】湖北地大热能科技有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月7日