一种无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理技术领域，涉及一种无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，循环水系统中缓蚀剂特别是密闭式循环水系统中金属腐蚀情况严重，国内 外缓蚀剂主要为铬酸盐，硅酸盐，钼酸盐，亚硝酸盐、有机磷酸盐以及其它的复合物。铬酸 盐、亚硝酸盐污染环境，硅酸盐有结垢风险，含磷配方，易对水体造成二次污染，不符合绿色 环保要求，且产品性能参差不齐，缓蚀、阻垢性能不高，功能单一。因此，研宄开发一种实用 性强的环保型无磷缓蚀阻垢剂是有广泛应用价值的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的存在的不足，提供一种绿色环保型无磷缓蚀阻 垢剂。
[0004] 本发明还提供了上述无磷缓蚀阻垢剂的制备方法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现： 本发明一种无磷缓蚀阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25~40%， 钼酸钠 20~30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 12~30%， 氧化石墨烯水分散液 3~5%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 3~6%， 硫酸锌水溶液 15~40%。
[0006] 所述的氧化石墨烯水分散液，浓度为1. 5~2mg/ml，氧化石墨烯水分散液中的氧 化石墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为15~20层；粒径 为5~IOnm ; 所述的马来酸-丙稀酸共聚物，固体含量45~55wt%，游离单体（以马来酸计） 9. Owt% ； 所述的脂肪醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20 ; 所述的硫酸锌水溶液质量分数为10~15%。
[0007] 上述无磷缓蚀阻垢剂，优选以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 钼酸钠 22%， 马来酸-丙烯酸共聚物 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 5%， 硫酸锌水溶液 23%。
[0008] 本发明无磷缓蚀阻垢剂，使用浓度为10~50mg/L，优选20~30mg/l。
[0009] 本发明无磷缓蚀阻垢剂，其PH值适用范围为7~11. 5,温度适用范围为0~ l〇〇°C ;优选PH值范围8. 5~IL 5,温度范围20~100°C。
[0010] 上述无磷缓蚀阻垢剂的制备方法为： 将磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、钼酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物和氧化石墨烯水分散液 按比例混合，加热至65~95°C，1. 5~2. Oh内滴加硫酸锌水溶液，超声处理15~20min，然 后升温至105°C，加入脂肪醇聚氧乙烯醚，回流0. 5~lh，再将物料降温到75~85°C，趁热 过滤，滤液降温，即为本发明无磷缓蚀阻垢剂。
[0011] 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸（SMA/PESA)是一种优异的多功能无磷缓蚀阻垢剂，与 PESA相比，阻垢性能与缓蚀性能明显提高，具有良好的复配协同效应，结构中含有羧基、 醚基、胺基、羟基、磺酸基等多种亲水性基团，它不仅可有效地提高化合物溶解性，还可在金 属表面形成配位化合物而发生化学吸附，多种官能团的协同效应使其缓蚀阻垢性能大幅提 尚。
[0012] 钼酸钠，是目前应用较多的一种新型水处理剂，毒性较低，对环境污染污染程度 低，常与聚磷酸盐、葡萄糖酸盐、锌盐、苯并三氮唑复配使用，可以减少钼酸盐的使用量，提 高缓蚀效果，钼酸盐热稳定性高，可用于热流密度高及局部过热的循环水系统。
[0013] 马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA)，对碳酸盐等具有很强的分散作用，热稳定性高， 可在300°C高温等恶劣条件下使用，与其它水处理药剂具有良好的相容性和协同增效作用。 对包括磷酸盐在内的水垢的生成具有良好的抑制作用，阻垢性能和耐高温性能优异。
[0014] 氧化石墨烯水分散液，由氧化石墨烯薄膜制备而得，不会发生沉淀，氧化石墨烯为 一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长 久以来被视为亲水性物质，其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石 墨烯实际上具有两亲性，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能 量。氧化石墨烯与碳纳米管结构相似，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，其比表面 积可达2600平方米/克，其表面大量的活性基团如羧基、羰基、羟基、环氧基等，为污染物尤 其是重金属的吸附提供充足的活性位点，可实现污染物的痕量消除，同时多种官能团的协 同效应可有效地提高化合物溶解性，使其阻垢性能大幅提高。
[0015] 脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO)，是一种非离子表面活性剂，分子中的醚键不易被酸、碱 破坏，稳定性较高，水溶性较好，耐电解质，易于生物降解，配伍性好，对硬水不敏感，但随着 水温的升高，其溶解度会逐渐降低。在PH为3~11的范围内，脂肪醇聚氧乙烯醚水解稳定。
[0016] 硫酸锌，在水中电离出Zn2+，与磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸及钼酸钠复配，具有协同 增效作用，缓蚀率显著增强，同时还可提供消毒杀菌作用。
[0017] 本发明无磷缓蚀阻垢剂中，以磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸和钼酸钠为缓蚀阻垢剂主 要成分，马来酸-丙烯酸共聚物为辅助缓蚀阻垢剂，同时添加氧化石墨烯水分散液和脂肪 醇聚氧乙烯醚，制得一种绿色环保的无磷缓蚀阻垢剂。其中磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、钼酸 钠和马来酸-丙烯酸共聚物缓蚀阻垢效果优良，三者复配后协同增效作用明显，并且有很 好的降解性，对环境没有污染。加入锌盐后，磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、钼酸钠与Zn 2+具有 良好的协同效应，对碳钢等金属的缓释阻垢效果明显增强。氧化石墨烯水分散液，与磺酸甲 胺基聚环氧琥珀酸、钼酸钠和马来酸-丙烯酸共聚物兼容性好，同时具有很好的吸附性能， 可痕量消除污染物。上述成分与表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚复配后，水溶性及稳定性增 强，可实现长时间贮存，对污染物尤其是重金属增容作用明显，尤其是对Ca2+、CO广、SO,等 离子阻垢效果显著，本发明无磷缓蚀阻垢剂可吸附在金属表面形成一层很薄的膜，保护金 属免受大气及有害介质的腐蚀，能有效地抑制碳钢，铜，不锈钢，铝等金属的腐蚀，能够在较 宽的给水PH范围和温度内使用，具有目前所使用的其他无磷缓蚀阻垢剂无法比拟的优点。
[0018] 与现有技术相比，本发明无磷缓蚀阻垢剂及其制备方法的有益效果为： (1)各组分含有的多种官能团的协同效应可有效地提高化合物溶解性，可实现污染物 的痕量消除，复配后使其缓蚀阻垢性能大幅提高，可有效实现污染物物理吸附和化学吸附 的协同作用，能够在较宽的给水PH范围和温度内使用。
[0019] (2)生产工艺简单，无"三废"排放，稳定性及水溶性好，主要成分可生物降解、无 毒、无磷、无污染、无腐蚀性，加药量少，对环境友好。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例和对比例将有助于本领 域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。对本领域的普通技术人员， 在不脱离本发明构思的前提下做出的改进，都属于本发明的保护范围。
[0021] 本发明实施例所用各原料均由市场购买得到； 所用的氧化石墨烯水分散液为南京先丰纳米材料科技有限公司生产，浓度为I. 5mg/ ml，所含的氧化石墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为 15~20层，粒径为5~IOnm ; 所用的马来酸-丙烯酸共聚物，规格为：固体含量48wt%，游离单体（以马来酸计） 9. Owt%，数均分子量450~700 ; 所述的脂肪醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20。
[0022] 实施例1 本实施例无磷缓蚀阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 钼酸钠 22%， 马来酸-丙烯酸共聚物 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 5%， 硫酸锌水溶液 23%， 所述的硫酸锌水溶液质量分数为12%。
[0023] 本实施例无磷缓蚀阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、钼酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物和氧化石 墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至90°C，2. Oh内滴加硫酸锌水溶液，超声处理 20min，然后升温至105°C，加入脂肪醇聚氧乙烯醚，回流lh，再将物料降温到80°C，趁热过 滤，滤液降温，即为本实施例无磷缓蚀阻垢剂。
[0024] 实施例2 本实施例无磷缓蚀阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25%， 钼酸钠 20%， 马来酸-丙烯酸共聚物 12%， 氧化石墨烯水分散液 3%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 3%， 硫酸锌水溶液 37%， 所述的硫酸锌水溶液质量分数为12%。
[0025] 本实施例无磷缓蚀阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、钼酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物和氧化石 墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至80°C，I. 5h内滴加硫酸锌水溶液，超声处理 15min，然后升温至105°C，加入脂肪醇聚氧乙烯醚，回流0. 5h，再将物料降温到75