一种环保型的水处理剂及其制备方法与流程

本发明涉及水处理剂，特别提供了一种环保型的水处理剂及其制备方法。

背景技术：

21世纪最大的问题是全球性水资源短缺问题，这一问题已经引起全世界范围的高度重视。我国水资源总量居世界第六位，但人均占有量仅为世界人均的四分之一，排世界88位，属缺水国家，并且有限的水资源分布也很不均匀，81％分布在长江流域以南地区，许多城市属于严重缺水状态。同时，随着我国经济的不断发展，环境负担也不断加重。我国一方面水资源紧张，另一方面却又在大量浪费宝贵的水资源，我国城市工业用水重复利用率平均只有30％，每万元工业生产值取水量平均高达500m³水，与发达国家相比有很大差距。随着水资源供需矛盾日益尖锐，各企业将要面对高昂的水费和排污费，如何提高水处理技术水平，节约用水，提高工业用水重复利用率是各企业亟需解决的问题。

在工业中，工业循环冷却水是用水大户，无论是化工、冶金、火力发电还是大型中央空调都采用循环水进行热交换，所以，提高工业或民用循环水的使用效率，采用对环境友好型化学药剂，对于节约水资源、降低生产成本和加强环境保护具有重要意义。

近年来，我国投入大量资金用于水污染的治理。为了适应可持续发展的要求，开发出性能优越、价格低廉、对环境无污染的水处理剂已经成为当务之急。具有优良缓蚀阻垢性能的水处理剂不仅可以有效抑制循环冷却水的结垢和腐蚀、节约循环冷却水用量而且可以延长设备的使用寿命。

现有技术中有机膦系药剂由于具有化学稳定性好、耐高温、有明显的阈值效应和良好的协同效应等优点，近年来得到了广泛应用。

但是药剂含磷会引起周围水域的富营养化，造成菌藻的过度繁殖，从而引起水源污染。因此，有机膦系水处理药剂的使用将会逐步受到限制，开发无磷、生物降解性能好的新型缓蚀阻垢剂已成为当下水处理药剂的发展方向。

公开号为cn1919752a,cn100509652,cn101607763a的中国发明专利公开了无磷缓蚀阻垢剂配方，但目前国内外所采用的缓蚀阻垢剂大多有毒或对环境有害或缓蚀阻垢效果不佳，采用有机复配缓蚀剂防腐蚀效果虽然颇佳，但价格比较昂贵，所以开发一种经济、高效、新型环保的缓蚀阻垢剂是当前研究的重点。

甲壳素又名甲壳质、壳多糖，是存在于自然界中的带阳离子，是一种能够被生物降解的分布极其广泛的高分子材料，大量存在于海洋节肢动物(虾、蟹)的甲壳中，也存在于低等动物菌类、昆虫、藻类细胞膜中。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，又名甲壳胺或甲壳质，是目前生物界唯一的碱性多糖，壳聚糖及其衍生物是一种丰富的自然资源，存储量仅次于维生素，地球上每年生成量达100亿吨。壳聚糖的化学名称为：(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-d-葡萄糖。结构式如图1所示。

壳聚糖是一种阳离子型天然高分子聚合物，有良好的絮凝、成膜、生物相容、可生物降解和无毒等特性，且本身具有抗菌、抗癌、抗病毒等药理作用，因此，壳聚糖被广泛地应用于化工、纺织、食品、化妆品、生物医学、污水处理及功能高分子材料等领域。壳聚糖能通过分子中的氨基、羟基与大部分重金属离子形成稳定螯合物的性质，可应用于贵金属回收、工业废水处理。

席夫碱是指含有醛基和氨基的两类物质通过加成消除反应而形成的含亚胺基或甲亚胺基的一类有机化合物，该化合物是一类重要的有机配位体，可以与许多金属离子通过配位键形成配合物。通过改变连接的取代基、给予体原子的方法便可合成多种从链状到环状、从单齿到多齿这样性能迥异、结构多变的席夫碱配体。它们可以与周期表中大部分金属离子形成稳定性不一的配合物，如基团中含有o、n、s等给予体原子无疑将成为有利于形成异核配合物的配体，所以它在配位化学中具有重要的作用。席夫碱在缓蚀剂、催化剂、有机合成、新材料开发和研制领域以及分析化学方面广泛应用。在腐蚀领域，某些芳香族的席夫碱经常作为金属(例如铜)的缓蚀剂。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种经济、高效、缓蚀阻垢效果好的环保型的水处理剂及其制备方法，它克服了现有水处理剂的复合缓释阻垢剂中的亚硝酸盐、磷对环境的污染问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种环保型的水处理剂，其特征在于，使用壳聚糖在中性介质中与水杨醛反应生成席夫碱，该席夫碱的特殊结构可以与大多数金属反应生成具有六元环结构的螯合物，结构非常稳定，从而起到吸收水中重金属的作用。

壳聚糖的氨基和羟基经过化学改性，可引入新的化学活性基团，改变其物理化学性质，得到一系列具有良好吸附功能的壳聚糖衍生物。

所述的环保型的水处理剂，其特征在于该壳聚糖席夫碱以sio2为载体，以提高其稳定性和缓蚀效果。

本发明提供了一种环保型的水处理剂的制备方法，具体步骤如下：

第一步：壳聚糖与乙酸溶液室温下搅拌溶解，加入一定量sio2，用naoh溶液调节ph值，加热搅拌一段时间，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

第二步：取sio2-壳聚糖依次加入一定量水杨醛，甲醇、冰乙酸，加热搅拌一段时间，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

所述环保型的水处理剂的制备方法：壳聚糖，sio2，水杨醛的配比为1：(2-4)：(4-8)，进一步优选的1：(2-3)：(4-6)。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第一步中用naoh溶液调节ph值至7-14，进一步优选为10-13。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第一步中搅拌时间为2-8h，进一步优选的4-6h。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第一步中搅拌温度为50-90℃，进一步优选的60-80℃。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第二步中搅拌时间为5-15h，进一步优选的8-12h。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第二步中搅拌温度为50-95℃，进一步优选的65-80℃。

所述环保型的水处理剂，其使用方法如下：

先调节待处理水的ph值，再在待处理水中添加一定质量分数的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，其钙、镁离子的阻垢率高达98％以上。

所述环保型的水处理剂的使用方法，其特征在于：所述水处理剂的质量分数为0.5-5％，优选为1-2％。

所述环保型的水处理剂的使用方法，其特征在于：所述反应时间为0-20h，进一步优选为4-15h。

所述环保型的水处理剂的使用方法，其特征在于：所述待处理水的ph值为2-13，优选的ph值为5-9。

所述环保型的水处理剂的使用方法，其特征在于：所述待处理水可以为各类污水、工业水、油田水，适用于炼油厂、核电站、中央空调、冷冻库、火力发电厂、化工厂和钢铁厂循环冷却水等。

本发明的有益效果为：

1、该水处理剂为环保无毒无磷药剂，使用后不会造成水体富营养化，不易滋生菌藻。

2、该水处理剂不含钼酸盐等毒性较大的成分，属于环保型水处理剂。

3、该水处理剂整体阻垢效果好，且缓蚀率高。对常见碳钢、不锈钢、铜材质等金属材质的腐蚀率远远低于国家标准，大大高于现有的技术的无磷药剂。

4、该水处理剂原材料简单易得，主要原材料壳聚糖价格低廉，原材料配方数量少制备方便，使用方便，成本低。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为壳聚糖的结构图。

图2为水处理剂的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但这些实施例不限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种环保型的水处理剂，使用壳聚糖在中性介质中与水杨醛反应生成席夫碱，该席夫碱的特殊结构可以与大多数金属反应生成具有六元环结构的螯合物，其结构图如图1所示。该水处理剂结构非常稳定，从而起到吸收水中重金属的作用。

壳聚糖的氨基和羟基经过化学改性，可引入新的化学活性基团，改变其物理化学性质，得到一系列具有良好吸附功能的壳聚糖衍生物。

所述的环保型的水处理剂，其特征在于该壳聚糖席夫碱以sio2为载体，以提高其稳定性和缓蚀效果。

本发明还提供了一种环保型的水处理剂的制备方法，具体步骤如下：

第一步：壳聚糖与乙酸溶液室温下搅拌溶解，加入一定量sio2，用naoh溶液调节ph值，加热搅拌一段时间，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

第二步：取sio2-壳聚糖依次加入一定量水杨醛，甲醇、冰乙酸，加热搅拌一段时间，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

所述环保型的水处理剂的制备方法：壳聚糖，sio2，水杨醛的配比为1：(2-4)：(4-8)，进一步优选的1：(2-3)：(4-6)。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第一步中用naoh溶液调节ph值至7-14，进一步优选为10-13。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第一步中搅拌时间为2-8h，进一步优选的4-6h。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第一步中搅拌温度为50-90℃，进一步优选的60-80℃。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第二步中搅拌时间为5-15h，进一步优选的8-12h。

所述环保型的水处理剂的制备方法：第二步中搅拌温度为50-95℃，进一步优选的65-80℃。

实施例1：

该环保型水处理剂的制备，具体步骤如下：

(1)将4份壳聚糖与乙酸溶液在室温下混合并搅拌溶解，加入8份sio2，用naoh溶液调节ph值13，60℃加热搅拌2h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

(2)取10份sio2-壳聚糖依次加入18份水杨醛，甲醇、冰乙酸，65℃加热搅拌8h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

实施例2：

该环保型水处理剂的制备，具体步骤如下：

(1)4份壳聚糖与乙酸溶液室温下搅拌溶解，加入12份sio2，用naoh溶液调节ph值10，60℃加热搅拌6h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

(2)取10份sio2-壳聚糖依次加入20份水杨醛，甲醇、冰乙酸，80℃加热搅拌12h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

实施例3：

该环保型水处理剂的制备，具体步骤如下：

(1)4份壳聚糖与乙酸溶液室温下搅拌溶解，加入10份sio2，用naoh溶液调节ph值12，70℃加热搅拌5h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

(2)取10份sio2-壳聚糖依次加入15份水杨醛，甲醇、冰乙酸，70℃加热搅拌12h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

实施例4：

该环保型水处理剂的制备，具体步骤如下：

(1)4份壳聚糖与乙酸溶液室温下搅拌溶解，加入10份sio2，用naoh溶液调节ph值12，70℃加热搅拌6h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

(2)取10份sio2-壳聚糖依次加入10份水杨醛，甲醇、冰乙酸，70℃加热搅拌10h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

实施例5：

该环保型水处理剂的制备，具体步骤如下：

(1)10份壳聚糖与乙酸溶液室温下搅拌溶解，加入20份sio2，用naoh溶液调节ph值12，80℃加热搅拌8h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

(2)取10份sio2-壳聚糖依次加入32份水杨醛，甲醇、冰乙酸，70℃加热搅拌18h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

实施例6：

该环保型水处理剂的制备，具体步骤如下：

(1)6份壳聚糖与乙酸溶液室温下搅拌溶解，加入14份sio2，用naoh溶液调节ph值12，60℃加热搅拌5h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

(2)取10份sio2-壳聚糖依次加入20份水杨醛，甲醇、冰乙酸，80℃加热搅拌12h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

水处理剂的使用实施例：

实施例1：

该环保型水处理剂的制备，具体步骤如下：

(1)将4份壳聚糖与乙酸溶液在室温下混合并搅拌溶解，加入8份sio2，用naoh溶液调节ph值13，60℃加热搅拌2h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖白色粉末状固体。

(2)取10份sio2-壳聚糖依次加入18份水杨醛，甲醇、冰乙酸，65℃加热搅拌8h，冷却过滤，真空干燥得到sio2-壳聚糖席夫碱亮黄色粉末状固体。

取1份循环冷却水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数1.5％的上述方法制备得到的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例2：

取1份与实施例1相同的循环冷却水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数3％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例3：

取1份与实施例1相同的循环冷却水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数5％与实施例1制备方法相同的的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例4：

取1份工业污水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数1.5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例5：

取1份工业污水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数2.5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例6：

取1份工业污水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数4.5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例7：

取1份生活污水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数4.5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例8：

取1份生活污水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数4.5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例9：

取1份生活污水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数4.5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例10：

取1份油田水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数1.5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例11：

取1份油田水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数3％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

实施例12：

取1份油田水，调节其ph值为7，再向其中添加质量分数5％的与实施例1制备方法相同的水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的钙、镁离子的阻垢率。

对比例1：

取1份与实施例1相同的循环冷却水，不添加水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的其钙、镁离子的阻垢率。

对比例2：

取1份与实施例4相同的工业污水，不添加水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的其钙、镁离子的阻垢率。

对比例3：

取1份与实施例7相同的生活污水，不添加水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的其钙、镁离子的阻垢率。

对比例4：

取1份与实施例10相同的油田水，不添加水处理剂，搅拌，常温反应一段时间，测试其不同时间的其钙、镁离子的阻垢率。

表1.添加不同质量分数水处理剂的钙、镁离子的阻垢率

如表1所示，针对不同种类待处理水(循环冷却水、生活污水、工业污水和油田水)添加不同质量分数水处理剂，其钙、镁离子的阻垢率均在98％以上，与对比例钙、镁离子的阻垢率有显著差异，说明该水处理剂整体阻垢效果好，且缓蚀率高。对常见碳钢、不锈钢、铜材质等金属材质的腐蚀率远远低于国家标准。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。