CN103420497A - 一种含木质素磺酸盐的无磷缓蚀阻垢剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含木质素磺酸盐的无磷缓蚀阻垢剂及其在工业循环冷却水中的应用。所述无磷缓蚀阻垢剂由木质素磺酸盐、聚环氧琥珀酸、丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物、锌盐、唑类化合物和水组成。各组分所占的质量百分比分别是木质素磺酸盐30%~40%，聚环氧琥珀酸15%~20%，丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物10%~15%，锌盐5%~15%，唑类化合物1%~2%，其余为水。本发明应用在工业循环冷却水系统中，在实施例水质条件下，药剂投加量为50~70mg/L时，碳钢腐蚀率小于0.075mm/a，阻垢率大于98%，同时药剂不含磷，生物降解性能好，降低了后续处理费用，是一种性能优异的绿色无磷缓蚀阻垢剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于工业循环冷却水系统的水处理药剂，具体的是一种含木质素磺酸盐的无磷缓蚀阻垢剂。
背景技术
中国水资源总量为2.8万亿立方米，占世界水资源总量的7%，但中国人均水资源只有2304 m3/人，属于水资源紧缺的国家。缺水问题日益严重，这已成为制约我国实现可持续发展的一大障碍。我国城市因缺水，每年经济损失达1200多亿元人民币，因此节约用水刻不容缓。人们在用水中，除农业是用水大户外，其次就是工业用水，而工业用冷却水又占工业用水总量的70%左右。因此，工业上就要采用循环冷却水处理技术提高水的重复利用率，节约大量工业用水。
循环水冷却水系统常常面临设备腐蚀和结垢的问题，给工业生产带来了严重影响，给企业和国家造成重大经济损失。人们研究发现，在循环水系统中使用高效缓蚀阻垢剂可以有效防止管道的腐蚀与结垢，不仅能够降低企业生产成本，同时保持了循环水系统的安全运行。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，有机膦系水处理药剂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。中国专利（申请号201110443255.1）公开了一种适用于工业循环冷却水的无磷缓蚀阻垢剂，由N-烷基-N-脂肪酞基氨基脂肪酸盐（钾盐或钠盐）、轻基梭酸盐（葡萄糖酸钠、乳糖酸钠、苹果酸纳）、梭酸共聚物（丙烯酸-AMPS-甲基丙磺酸共聚物、聚马来酸、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸）、金属盐（锌盐、铬酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐）和水组成。中国专利（申请号201110443253.2）提供了由钼酸钠、锌盐、柠檬酸盐、三乙醇胺、苯骄三氮唑、聚天冬氨酸、聚环氧唬拍酸、丙烯酸磺酸三元共聚物、固态碱为主要成分的无磷缓蚀阻垢剂。上述无磷缓蚀阻垢剂虽然不含磷，对环境友好，具有优良的缓蚀阻垢性能，但是配方组成较复杂，成本较高，不利于推广使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于处理工业循环冷却水系统的无磷缓蚀阻垢剂及其应用，能够很好的抑制系统运行产生的结垢和腐蚀问题，无毒廉价，同时对环境友好，避免了水源污染问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种含木质素磺酸盐的无磷复合缓蚀阻垢剂，所述无磷缓蚀阻垢剂由木质素磺酸盐、聚环氧琥珀酸、AA/AMPS共聚物、锌盐、唑类化合物和水组成，各组分所占的质量百分比分别是：
木质素磺酸盐 30% ~40%，
聚环氧琥珀酸 15% ~ 20%，
AA/AMPS共聚物 10% ~ 15%，
锌盐 5% ~ 15%，
唑类化合物 1% ~ 2%，
其余为水。
其中，木质素磺酸盐选择分子量范围在2000 ~ 3000的木质素磺酸钠或者木质素磺酸铵。锌盐选自氯化锌或者七水硫酸锌。唑类化合物选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑或者巯基苯并噻唑中的一种或数种。
上述的无磷缓蚀阻垢剂按以下方法来制备：将木质素磺酸盐、聚环氧琥珀酸、AA/AMPS共聚物、锌盐、唑类化合物及水按比例依次加入容器中，在室温下搅拌1~ 2小时，待混合液澄清且无不溶性杂质时即得产品。
所述无磷缓蚀阻垢剂适用于工业循环冷却水，在实施例水质条件下，药剂投加量为50 ~ 70mg/L时，碳钢腐蚀率小于国标规定的0.075mm/a，阻垢率达到98%以上。
本发明原理如下：
（1）配方中的木质素磺酸盐（例如木质素磺酸钠）与聚环氧琥珀酸都有良好的阻垢分散性能，将二者复配，对致垢金属离子具有很强的螯合作用，在通过分散作用和抑制成垢晶体生长可以很好防止碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡等成垢盐类沉淀。（2）配方中的锌盐，例如氯化锌，在水中以Zn(OH)2形式在金属阴极区表面形成沉淀膜从而保护金属。木质素磺酸盐与锌盐复配，具有一定的螯合、稳定Zn2+作用，同时自身可以在金属表面形成吸附膜，起到缓蚀增效作用。（3）AA/AMPS共聚物与锌盐复配，不仅可以起到稳定Zn2+作用，还能够起到阻垢分散作用。（4）配方中的唑类盐，例如苯并三氮唑（BTA），对铜及合金具有良好的缓蚀作用。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）不含磷，生物降解性能好，对环境无毒无污染；（2）缓蚀阻垢效果优于磷系水处理剂；（3）原料来源丰富，制备工艺简单，成本低；（4）本发明的一种含木质素磺酸盐的无磷复合缓蚀阻垢剂应用在工业循环冷却水系统时，在实施例水质条件下，药剂投加量为50 ~ 70mg/L时，碳钢腐蚀率小于国标规定的0.075mm/a，阻垢率达到98%以上。
具体实施方式
下面各组实施例中使用的补水水质如表1所示。
表1 各组实施例的补水水质
实施例1
药剂配方：木质素磺酸钠占30%，聚环氧琥珀酸占15%，AA/AMPS共聚物10%，七水合硫酸锌占15%，苯并三氮唑占2%，水占28%。
补水水质：河南焦作万方电厂补水，药剂投加量是60mg/L。
阻垢实验：用鼓泡法测定阻垢率。试验水浓缩1.5倍后投加药剂，试验温度60℃下开始实验，加快空气鼓入速率浓缩至5倍并保持6h。实验测定阻垢率为99%。
腐蚀实验：用标准旋转挂片法测定腐蚀率。往试验水投加药剂，试验温度50℃下开始实验，然后浓缩至5倍并保持72h。实验测定得A3碳钢加药腐蚀率为0.023mm/a。
实施例2
药剂配方：木质素磺酸钠占30%，聚环氧琥珀酸占20%，AA/AMPS共聚物10%，七水合硫酸锌占12%，苯并三氮唑占1.5%，水占26.5%。
补水水质：滕州盛隆焦化厂补水，药剂投加量是70mg/L。
阻垢实验：用鼓泡法测定阻垢率。试验温度60℃下，往试验水中投加药剂开始实验，加快空气鼓入速率浓缩至5倍并保持6h。实验测定阻垢率为98%。
腐蚀实验：用标准旋转挂片法测定腐蚀率。往试验水投加药剂，试验温度50℃下开始实验，然后浓缩至5倍并保持72h。实验测定得A3碳钢加药腐蚀率为0.033mm/a。
实施例3
药剂配方：木质素磺酸钠占35%，聚环氧琥珀酸占20%，AA/AMPS共聚物10%，七水合硫酸锌占12%，苯并三氮唑占1.5%，水占21.5%。
补水水质：无锡锡兴钢铁厂补水，药剂投加量是70mg/L。
阻垢实验：用鼓泡法测定阻垢率。试验水浓缩1.5倍后投加药剂，试验温度60℃下开始实验，加快空气鼓入速率浓缩至5倍并保持6h。实验测定阻垢率为98%。
腐蚀实验：用标准旋转挂片法测定腐蚀率。往试验水中投加药剂，试验温度50℃下开始实验，然后浓缩至5倍并保持72h。实验测定得A3碳钢加药腐蚀率为0.029mm/a。
实施例4
药剂配方：木质素磺酸钠占30%，聚环氧琥珀酸占15%，AA/AMPS共聚物10%，七水合硫酸锌占15%，苯并三氮唑占2%，水占28%。
补水水质：南京自来水，药剂投加量是50mg/L。
阻垢实验：用鼓泡法测定阻垢率。试验水浓缩1.5倍后投加药剂，试验温度60℃下开始实验，加快空气鼓入速率浓缩至6倍并保持6h。实验测定阻垢率为100%。
腐蚀实验：用标准旋转挂片法测定腐蚀率。往试验水中投加药剂，试验温度50℃下开始实验，然后浓缩至6倍并保持72h。实验测定得A3碳钢加药腐蚀率为0.021mm/a。
实施例5
药剂配方：木质素磺酸钠占30%，聚环氧琥珀酸占15%，AA/AMPS共聚物10%，七水合硫酸锌占15%，苯并三氮唑占1.5%，水占28.5%。
补水水质：安徽马鞍山钢铁公司补水，药剂投加量是60mg/L。
阻垢实验：用鼓泡法测定阻垢率。试验水浓缩1.5倍后投加药剂，试验温度60℃下开始实验，加快空气鼓入速率浓缩至5倍并保持6h。实验测定阻垢率为99%。
腐蚀实验：用标准旋转挂片法测定腐蚀率。往试验水中投加药剂，试验温度50℃下开始实验，然后浓缩至5倍并保持72h。实验测定得A3碳钢加药腐蚀率为0.025mm/a。
Claims (6)
1.一种含木质素磺酸盐的无磷复合缓蚀阻垢剂，其特征在于：所述无磷缓蚀阻垢剂由木质素磺酸盐、聚环氧琥珀酸、AA/AMPS共聚物、锌盐、唑类化合物和水组成，各组分所占的质量百分比分别是：
木质素磺酸盐 30% ~40%，
聚环氧琥珀酸 15% ~ 20%，
AA/AMPS共聚物 10% ~ 15%，
锌盐 5% ~ 15%，
唑类化合物 1% ~ 2%，
其余为水。
2.根据权利要求1所述的无磷缓蚀阻垢剂，其特征在于：木质素磺酸盐选择分子量范围在2000 ~ 3000的木质素磺酸钠或者木质素磺酸铵。
3.根据权利要求1所述的无磷缓蚀阻垢剂，其特征在于：锌盐选自氯化锌或者七水硫酸锌。
4.根据权利要求1所述的无磷缓蚀阻垢剂，其特征在于：唑类化合物选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑或者巯基苯并噻唑中的一种或数种。
5.根据权利要求1所述的无磷缓蚀阻垢剂按以下方法来制备：将木质素磺酸盐、聚环氧琥珀酸、AA/AMPS共聚物、锌盐、唑类化合物及水按比例依次加入容器中，在室温下搅拌1~ 2小时，待混合液澄清且无不溶性杂质时即得产品。
6.如权利要求1所述的一种含木质素磺酸盐的无磷缓蚀阻垢剂，其应用特征在于：适用于工业循环冷却水，在实施例水质条件下，药剂投加量为50 ~ 70mg/L时，碳钢腐蚀率小于国标规定的0.075mm/a，阻垢率达到98%以上。
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