本发明涉及水处理，具体涉及一种耐高温无磷复合抗垢剂及其制备方法。
背景技术：
1、结垢是石油和天然气生产领域的常见问题之一，碳酸钙、硫酸钙等难溶盐沉积在高温换热器(凝汽器)金属表面，不仅会堵塞油管，造成垢下腐蚀，破坏生产系统，导致油气减产，且会增大污垢热阻值，极大地减弱了换热效率，从而造成能源的浪费和设备爆裂等潜在危害。
2、随着工业生产的发展，高温条件下的循环水系统结垢问题日益严重。传统的抗垢剂，如含磷的聚磷酸盐和有机膦酸盐，虽然来源广泛、价格低廉，但在高温条件下效果不佳，且易造成水质富营养化，对环境产生负面影响。因此，开发一种耐高温无磷复合抗垢剂及其制备方法具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种耐高温无磷复合抗垢剂及其制备方法：通过将耐高温抗垢聚合物、有机酸、表面活性剂、无机盐以及去离子水混合均匀，得到耐高温无磷复合抗垢剂，解决了传统的抗垢剂通常含有磷，虽然来源广泛、价格低廉，但在高温条件下效果不佳，且易造成水质富营养化，对环境产生负面影响的问题。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种耐高温无磷复合抗垢剂，包括以下重量份组分：
4、耐高温抗垢聚合物30-50份、有机酸20-30份、表面活性剂15-25份、无机盐4-10份以及去离子水200-250份；
5、其中，所述耐高温抗垢聚合物由以下步骤制备得到：
6、步骤s1：将3，5-二甲基苯硼酸、氢氧化钠以及叔丁醇溶液加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至70-75℃继续搅拌反应5-10min，之后加入高锰酸钾继续搅拌反应15-20h，之后加入亚硫酸钠继续搅拌反应30-40min，反应结束后将反应产物趁热过滤，之后将滤液用盐酸溶液调节ph为2-3，之后静置析出沉淀，之后真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为50-55℃的条件下干燥2-3h，得到中间体1；
7、步骤s2：将1-硝基-4-(三氟甲氧基)苯、二氯甲烷以及去离子水加入至安装有搅拌器、温度计、导气管、回流冷凝管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应10-15min，之后边搅拌边逐滴加入液溴，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至回流的条件下继续搅拌反应2-3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发去除溶剂，得到中间体2；
8、步骤s3：将中间体1、中间体2、磷酸钾、dppf二氯化钯以及n，n-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至75-80℃的条件下继续搅拌反应10-12h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入至蒸馏水中，之后用乙酸乙酯萃取2-3次，合并萃取液并将萃取液用无水硫酸钠干燥，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体3；
9、步骤s4：将中间体3、10％钯碳以及无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氢气维持压力为2.1-2.3mpa，之后在温度为25-30℃，搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应2-3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，得到中间体4；
10、步骤s5：将中间体4、碳酸钠以及无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及恒压滴液漏斗的四口烧瓶中，在温度为25-30℃，搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应10-15min，之后升温至55-60℃的条件下继续搅拌反应25-30min，之后边搅拌边逐滴加入烯丙基溴，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至回流的条件下继续搅拌反应4-5h，反应结束后将反应产物加入至盐酸溶液中，析出沉淀，之后真空抽滤，将滤饼放置于真空干燥箱中，在温度为40-45℃的条件下干燥3-4h，得到中间体5；
11、步骤s6：将中间体5、乙烯基三乙氧基硅烷以及n，n-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为400-500r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至65-70℃的条件下边搅拌边逐滴加入偶氮二异丁腈溶液，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至90-95℃的条件下继续搅拌反应4-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发去除溶剂，之后用异丙醇进行重结晶，得到耐高温抗垢聚合物。
12、作为本发明进一步的方案：步骤s1中的所述3，5-二甲基苯硼酸、氢氧化钠、叔丁醇溶液、高锰酸钾以及亚硫酸钠的用量比为10mmol：25-30mmol：80-100ml：10-12g：5-6g。
13、作为本发明进一步的方案：步骤s1中的所述叔丁醇溶液为叔丁醇、去离子水按照等体积混合而成的混合物，所述盐酸溶液的质量分数为15-20％。
14、作为本发明进一步的方案：步骤s2中的所述1-硝基-4-(三氟甲氧基)苯、二氯甲烷、去离子水以及液溴的用量比为10mmol：40-45ml：10-15ml：25-30mmol。
15、作为本发明进一步的方案：步骤s3中的所述中间体1、中间体2、磷酸钾、dppf二氯化钯以及n，n-二甲基甲酰胺的用量比为30-35mmol：10mmol：35-40mmol：1-1.2g：60-70ml。
16、作为本发明进一步的方案：步骤s4中的所述中间体3、10％钯碳以及无水乙醇的用量比为5g：0.8-1.6g：80-100ml。
17、作为本发明进一步的方案：步骤s5中的所述中间体4、碳酸钠、无水乙醇以及烯丙基溴的用量比为10mmol：15-20mmol：100-120ml：11-13mmol，所述盐酸溶液的质量分数为15-20％。
18、作为本发明进一步的方案：步骤s6中的所述中间体5、乙烯基三乙氧基硅烷、n，n-二甲基甲酰胺以及偶氮二异丁腈溶液的用量比为10mmol：10mmol：100-120ml：10-15ml。
19、作为本发明进一步的方案：步骤s6中的所述偶氮二异丁腈溶液为偶氮二异丁腈按照0.2-0.3g：10ml溶解于n，n-二甲基甲酰胺所形成的溶液。
20、作为本发明进一步的方案：一种耐高温无磷复合抗垢剂的制备方法，包括以下步骤：
21、步骤一：按照重量份称取耐高温抗垢聚合物30-50份、有机酸20-30份、表面活性剂15-25份、无机盐4-10份以及去离子水200-250份，备用；所述有机酸为柠檬酸、酒石酸中的一种；所述表面活性剂为tween 20、span 80中的一种；所述无机盐为硫酸镁、磺酸锌以及硫酸钠中的一种；
22、步骤二：将耐高温抗垢聚合物、有机酸、表面活性剂、无机盐以及去离子水混合均匀，得到耐高温无磷复合抗垢剂。
23、本发明的有益效果：
24、本发明的一种耐高温无磷复合抗垢剂及其制备方法，通过将耐高温抗垢聚合物、有机酸、表面活性剂、无机盐以及去离子水混合均匀，得到耐高温无磷复合抗垢剂；本发明提供的耐高温无磷复合抗垢剂，由特定的耐高温抗垢聚合物、有机酸、表面活性剂以及无机盐组成，能够在高温条件下有效防止水垢的形成，抗垢效果优良，而且不含磷元素，避免了因使用含磷抗垢剂导致的环境问题，如水质富营养化等，具有环境友好性；本发明中的制备方法简单易行，操作条件温和，无污染，无三废排出，安全环保，便于工业化生产。
25、制备耐高温无磷复合抗垢剂的过程中首先制备了一种耐高温抗垢聚合物，首先利用3，5-二甲基苯硼酸、高锰酸钾反应，3，5-二甲基苯硼酸上的甲基被高锰酸钾氧化成羧基，得到中间体1，然后利用1-硝基-4-(三氟甲氧基)苯、液溴反应，1-硝基-4-(三氟甲氧基)苯苯环上引入多个溴原子，得到中间体2，之后中间体1、中间体2反应，中间体1上的硼酸基团和中间体2上的溴原子反应，在苯环上引入大量的羧基，得到中间体3，之后中间体3在氢气的条件下，硝基还原成氨基，得到中间体4，之后中间体4、烯丙基溴反应，中间体4上的氨基与烯丙基溴上的溴原子发生反应，引入烯基，得到中间体5，最后利用中间体5、乙烯基三乙氧基硅烷为聚合单体，聚合反应形成耐高温抗垢聚合物；该耐高温抗垢聚合物的分子结构上含有大量的羧基，大量的羧基可以与水中的ca2+、mg2+、fe3+、cu2+等金属离子形成稳定的螯合物，从而减少了金属离子与碳酸根等阴离子结合形成水垢的可能性，还能够在水中电离出羧酸根负离子，这些负离子会与垢物表面的正电荷通过异性电荷吸引而吸附在垢物微晶粒表面，形成一层保护膜，阻止垢物继续生长；该耐高温抗垢聚合物的分子结构上还含有大量的硅氧基团，硅氧基团引入抗垢剂分子中后能水解生成硅醇，硅醇能与金属表面形成配位键，抑制金属表面的结垢，而且引入的有机硅还能有效的提升其耐高温性能；该耐高温抗垢聚合物的分子结构上还含有大量的c-f键，c-f键的稳定性高，进一步的提升其耐高温性能；因此，该耐高温抗垢聚合物的抗垢效果好，且耐高温性能优良，使其在高温条件下仍然有效防止水垢的形成，抗垢效果优良。