CN105129931A - 一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，属于化工技术领域，其配料重量百分比组成为：聚季铵盐10~15%，聚环氧琥珀酸钠20~30%，聚天冬氨酸-聚马来酸酐20~30%，锌盐5~10%，溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵5~10%和余量的水。本发明同时具有阻垢、缓蚀和杀菌功能，且本发明的各组分具有很好的相溶性、协同性和互补性，可替代现有的单一功能阻垢缓蚀剂和杀菌剂，功能更加全面；且本发明的配方和制备方法均绿色化，采用的复配原料中不含磷，不会造成水体富营养化，排水不会对环境造成污染，制备方法也简单可行，为清洁工艺，无工业三废排放。
Description
本发明涉及一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，特别是一种功能全面的阻垢缓蚀剂，属于化工技术领域。
背景技术
随着工业生产的迅速发展，工业用水量日益增加，而我国又是淡水资源较为匮乏的国家，因此发展海水淡化技术迫在眉睫。海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。在海水淡化系统中，受水质、工艺条件影响，海水淡化水处理系统设备经常会发生腐蚀、结垢现象，严重影响换热效率，降低设备使用寿命，影响机组的安全运行。同时海水中高Na+和高Cl-对设备的膜系统也将产生非常不利的影响。而且在与空气的接触过程中，会将空气中所带的灰尘、微生物、污染气体(如SO2、H2S、NH3等)或昆虫带入水系统，引起水质污染，造成腐蚀或污垢沉积等问题，其中微生物带来的危害特别严重。微生物腐蚀的一个重要特点是腐蚀速度集中于局部部位，主要是由于微生物繁殖将产生的酸性环境，如硫酸盐还原菌产生硫化氢气体，硫细菌、铁细菌和线状菌产生的酸性环境，造成局部腐蚀，最后将导致严重的点蚀直至穿孔，其危害特别严重。
为了防止设备结垢同时降低系统中Na+和Cl-的含量，提高设备利用率，节约能源、确保生产的正常运行，需要在海水淡化系统中添加各种阻垢缓蚀剂。目前，用于该领域的阻垢剂主要有聚磷酸盐、有机磷酸盐、聚羧酸等种类。聚羧酸作为阻垢剂，使用较多的是聚丙烯酸(钠)和聚马来酸等。国外工程多采用投加NaClO和CuSO4来杀菌，这种方法势必会增加海水中氯离子含量。目前常用的杀菌剂主要有两大类，即氧化型杀菌剂和非氧化型杀菌剂。其中非氧化型杀菌剂在国内使用最多，技术较成熟的非氧化型杀菌灭藻剂为季铵盐类和异噻唑啉酮类，均具有广谱、高效、低毒等特点。
目前海水淡化用，药剂功能比较单一，通常需要把缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂配合使用。药剂之间共同使用时，可能会产生拮抗作用，使药效降低，这样就必须得考虑相溶、配伍性等问题，还需要做大量的工作筛选相互之间具有协同作用的缓蚀剂、阻垢剂和杀菌剂。
基于上述问题，有必要开发一种同时具有阻垢、缓蚀和杀菌作用的多功能药剂，对于这类药剂还要求具有高效化、绿色化、全面化、生产简单化、运输安全化、投药方便化等特点。这类多功能水处理剂无疑会给国内市场添加新的活力，其市场需求将极具发展前途。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对海水淡化使用中，同时具有阻垢、缓蚀和杀菌多功能非氧化型杀菌灭藻剂，并且具有高效、绿色化、制备方法简单等特点。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其配料重量百分比组成为：
进一步地优选，所述的聚季铵盐固体含量≥40％。
进一步地优选，所述的聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内。
进一步地优选，所述的聚天冬氨酸-聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3。
进一步地优选，所述的锌盐为硫酸锌。
进一步地优选，其制备方法的步骤为：
(1)将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20～30分钟；
(2)将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20～30分钟；
(3)最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10～20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20～30分钟，搅拌均匀后即得产品。
本发明的有益效果是：
(1)本发明是针对海水淡化用，同时具有阻垢、缓蚀和杀菌功能，且本发明的各组分具有很好的相溶性、协同性和互补性，可替代现有的单一功能阻垢缓蚀剂和杀菌剂，功能更全面，效果更显著。
(2)本发明的配方和制备方法均绿色化。本发明采用的复配原料中不含磷，不会造成水体富营养化，排水不会对环境造成污染；且本发明制备方法简单可行，为清洁工艺，无工业三废排放。
(3)本发明的组分聚合季铵盐固体含量≥40％，是一种强阳离子高分子聚合物，在水中有很好的溶解性能。它也属非氧化性杀菌剂，具有广谱、高效的杀菌灭藻能力，能有效地控制水中菌藻繁殖和粘泥生长，并具有良好的粘泥剥离作用和一定的分散、渗透作用，同时还具有一定的缓蚀作用。
(4)本发明的组分聚天冬氨酸和聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，聚马来酸酐具有高效分散性，它们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合，抑制了晶格向一定的方向成长，使晶格歪曲长不大，羧基(-COOH)数量越多，阻垢效果越好。聚天冬氨酸属于聚氨基酸中的一类，在海水淡化用中有既有阻垢分散作用，又有缓蚀作用。与大分子量聚马来酸酐复合，阻垢缓蚀性能更高效，添加锌盐又增强缓蚀性能。
(5)本发明的组分十二烷基二甲基苄基溴化铵具有典型阳离子表面活性剂的性质，有良好的分散、剥离粘泥作用。性质稳定，杀菌性能好，与聚合季铵盐有很好的协同作用，在海水淡化用中，与含氯杀菌剂相比有很大的优越性。
(6)本发明的组分聚环氧琥珀酸钠的分子量在800-1500范围内，它是一种无磷、非氮的“绿色”环保型多元阻垢缓蚀剂。对水中的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氟化钙和硅垢有良好的阻垢分散性能，尤其适用于海水淡化用，可实现高浓缩倍率运行。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：本发明一种海水淡化用阻垢缓蚀杀菌剂，其配料重量百分比组成为：
其中，聚季铵盐固体含量≥40％；聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内；聚天冬氨酸-聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3；锌盐为硫酸锌。
本发明制备方法的步骤为：
(1)将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20～30分钟；
(2)将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20～30分钟；
(3)最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10～20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20～30分钟，搅拌均匀后即得产品。
实施例2：本发明一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其配料重量百分比组成为：
其中，聚季铵盐固体含量≥40％；聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内；聚天冬氨酸-聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3；锌盐为硫酸锌。
本发明制备方法的步骤为：
(1)将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20～30分钟；
(2)将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20～30分钟；
(3)最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10～20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20～30分钟，搅拌均匀后即得产品。
实施例3：本发明一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其配料重量百分比组成为：
其中，聚季铵盐固体含量≥40％；聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内；聚天冬氨酸-聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3；锌盐为硫酸锌。
本发明制备方法的步骤为：
(1)将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20～30分钟；
(2)将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20～30分钟；
(3)最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10～20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20～30分钟，搅拌均匀后即得产品。
实施例4：本发明一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其配料重量百分比组成为：
其中，聚季铵盐固体含量≥40％；聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内；聚天冬氨酸-聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3；锌盐为硫酸锌。
本发明制备方法的步骤为：
(1)将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20～30分钟；
(2)将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20～30分钟；
(3)最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10～20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20～30分钟，搅拌均匀后即得产品。
实施例5：本发明一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其配料重量百分比组成为：
其中，聚季铵盐固体含量≥40％；聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内；聚天冬氨酸-聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3；锌盐为硫酸锌。
本发明制备方法的步骤为：
(1)将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20～30分钟；
(2)将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20～30分钟；
(3)最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10～20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20～30分钟，搅拌均匀后即得产品。
实施例6：本发明一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其配料重量百分比组成为：
其中，聚季铵盐固体含量≥40％；聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内；聚天冬氨酸-聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3；锌盐为硫酸锌。
本发明制备方法的步骤为：
(1)将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20～30分钟；
(2)将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20～30分钟；
(3)最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10～20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20～30分钟，搅拌均匀后即得产品。
为了证明本发明的杀菌、阻垢和缓蚀性能，上述实施例所得的杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂的性能评定方法如下：
杀菌性能测定
采用循环冷却水用杀菌性能评价(DL/T1116-2009)进行测定：
仪器设备：天平，感量0.1mg，恒温摇床，精度±2℃，医用蒸汽灭菌锅，干热灭菌箱，过滤除菌设备，生物显微镜；
实验条件：摇床温度40℃，转速100r/min～120r/min，实验时间t为10小时，试验水样为海水。杀灭率按下式计算：
杀灭率Y＝(A0-At/A0)×100％
A0——空白实验水样初始的菌总数；
At——实验水样在t时检出的菌总数。
杀菌性能测定结果见下表1
表1
由表1可知，，实施例1至6多杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂在100mg/L条件下的杀灭率均在97.8以上，其中以实施例3的药剂杀菌效果最好。
阻垢性能测定
采用静态阻垢试验法(GB16632—1996)进行阻垢性能测定：
仪器设备：酸度计pHS-3C型，精度±0.02；电热恒温水浴锅HH·S21-4型，精度1℃；
试验条件：试验温度(80±1)℃，试验周期72h，试验水为海水。试验前后Ca2+用EDTA标准溶液标定。阻垢率按下式计算：
阻垢率η＝(X2-X1/X0-X1)×100％
X1，X2——未加入药剂和加入药剂的试验用水Ca2+质量浓度，mg/L；
X0——试验前补充水浓缩7倍时Ca2+质量浓度理论值，mg/L。
阻垢性能测定结果见下表2：
表2
| 实施例 | 药剂浓度 | 阻垢率(％) |
| ppm(mg/L) | ||
| 1 | 100 | 98.5 |
| 2 | 100 | 99.4 |
| 3 | 100 | 99.3 |
| 4 | 100 | 99.6 |
| 5 | 100 | 95.7 |
| 6 | 100 | 98.9 |
由表1可知，实施例1至6杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂在100mg/L条件下的静态阻垢率均在95.7％以上，其中以实施例4的阻垢效果最好。
缓蚀性能测定
采用旋转挂片失重法(HG/T2159—1991)进行缓蚀性能测定；
仪器设备：旋转挂片腐蚀试验仪RCC-III型；
试验条件：试验温度45℃，旋转速度80r/min，试验时间72h，试验水为海水，试验试片为冷却水化学处理标准腐蚀试片Ⅰ型，腐蚀率按下式计算：
Y0＝8760×m0×10/(s×ρ×t)
Y1＝8760×m×10/(s×ρ×t)
W＝(Y0-Y1)/Y0×100％
Y0——空白试验试片的腐蚀率，mm/a；
Y1——加药剂后试片的腐蚀率，mm/a；
W——缓蚀率，％；
m0——空白试验试片的质量损失，g；
m——加药剂后试片的质量损失，g；
s——试片表面积，cm2；
ρ——试片密度，g/cm3；
t——试验时间，h；
8760——与1年相当的小时数，h/a；
10——与1cm相当的毫米数；mm/cm。
缓蚀性能测定结果见下表3：
表3
由表3可知，实施例1至6杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂在100mg/L条件下的缓蚀性能良好，其中药剂对黄铜试片的缓蚀效果最明显，缓蚀率最高可达到91.4％。
综上，从表1、表2和表3可看出，本发明药剂的杀菌、阻垢、缓蚀性能都比较优异，表明本发明同时具有杀菌、阻垢、缓蚀功能，各组分具有很好的相溶性、协同性和互补性，可替代现有的单一功能杀菌剂和阻垢缓蚀剂。
Claims (6)
1.一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其特征在于，其配料重量百分比组成为：
聚季铵盐10~15%
聚环氧琥珀酸钠20~30%
聚天冬氨酸10~15%
聚马来酸酐10~15%
锌盐5~10%
溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵5~10%
余量的水。
2.根据权利要求1所述的一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其特征在于，所述的聚季铵盐固体含量≥40%。
3.根据权利要求1所述的一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其特征在于，所述的聚环氧琥珀酸钠分子量在800-1500范围内。
4.根据权利要求1所述的一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其特征在于，所述的聚天冬氨酸和聚马来酸酐复合物，其中的聚马来酸酐平均分子量大于5500，且二者的比例为2:3。
5.根据权利要求1所述的一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其特征在于，所述的锌盐为硫酸锌。
6.根据权利要求1所述的一种杀菌性海水淡化用阻垢缓蚀剂，其特征在于，其制备方法的步骤为：
（1）将聚马来酸酐在反应釜中用水溶解搅拌均匀后，将聚天冬氨酸加入反应釜中，继续搅拌20~30分钟；
（2）将锌盐和水加入反应釜中常温搅拌使锌盐充分溶解，然后加入聚环氧琥珀酸钠搅拌20~30分钟；
（3）最后在反应釜中加入聚季铵盐搅拌10~20分钟后，再加入溴化十二烷基二甲基苄基溴化铵搅拌20~30分钟，搅拌均匀后即得产品。
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