本發(fā)明涉及節(jié)能環(huán)保水處理劑，具體涉及一種綠色無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑。

背景技術(shù)：

1、水是生命之源,也是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要資源。然而,在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,水系統(tǒng)常常面臨結(jié)垢和腐蝕的問(wèn)題,這不僅會(huì)降低設(shè)備的使用壽命和運(yùn)行效率,還會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了解決這些問(wèn)題,緩蝕阻垢劑應(yīng)運(yùn)而生,并在工業(yè)水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2、傳統(tǒng)的緩蝕阻垢劑主要包含磷酸鹽、有機(jī)膦酸鹽等含磷化合物,以及含氮化合物如聚丙烯酰胺等。這些化合物具有良好的緩蝕阻垢效果,但同時(shí)也存在一些嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。含磷化合物排放到水體中會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化,引發(fā)藻類大量繁殖,破壞水生態(tài)平衡。含氮化合物則會(huì)增加水體的總氮含量,同樣會(huì)引發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。因此,開發(fā)綠色環(huán)保型緩蝕阻垢劑成為當(dāng)前水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

3、近年來(lái),隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和相關(guān)法規(guī)的日益嚴(yán)格,無(wú)磷無(wú)氮型緩蝕阻垢劑逐漸成為研究的重點(diǎn)方向。目前,主要的無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑包括以下幾類:

4、聚羧酸類化合物

5、聚羧酸類化合物是一類重要的無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑,主要包括聚丙烯酸(paa)、聚馬來(lái)酸(pma)、聚環(huán)氧琥珀酸(pesa)等。這類化合物通過(guò)羧基與金屬離子螯合,形成可溶性絡(luò)合物,從而起到阻垢作用。同時(shí),羧基還可以吸附在金屬表面,形成保護(hù)膜,起到緩蝕作用。聚羧酸類化合物具有良好的生物降解性,是目前應(yīng)用最為廣泛的綠色緩蝕阻垢劑之一。

6、聚氨基酸類化合物

7、聚氨基酸類化合物,如聚天冬氨酸(pasp)和聚谷氨酸(pga),是一類新型的綠色緩蝕阻垢劑。這類化合物不僅具有良好的緩蝕阻垢性能,還具有優(yōu)異的生物降解性和環(huán)境友好性。聚氨基酸通過(guò)羧基和氨基與金屬離子作用,既可以螯合金屬離子,又可以在金屬表面形成保護(hù)膜,從而實(shí)現(xiàn)緩蝕阻垢的雙重功能。

8、天然高分子化合物及其衍生物

9、利用天然高分子化合物及其衍生物作為緩蝕阻垢劑是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。常見(jiàn)的天然高分子包括淀粉、纖維素、殼聚糖等。這些化合物通過(guò)化學(xué)改性,如羧甲基化、磺化等,可以增強(qiáng)其緩蝕阻垢性能。天然高分子化合物來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,且具有良好的生物降解性,是極具潛力的綠色緩蝕阻垢劑。

10、無(wú)機(jī)硅化合物

11、無(wú)機(jī)硅化合物,如硅酸鹽、偏硅酸鹽等,也是一類重要的無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑7。這類化合物通過(guò)在金屬表面形成致密的硅酸鹽保護(hù)膜,起到緩蝕作用。同時(shí),硅酸根離子還可以與鈣、鎂等金屬離子作用,形成不易沉積的硅酸鹽絡(luò)合物,從而起到阻垢作用。無(wú)機(jī)硅化合物具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,適用于高溫高壓的工況條件。

12、有機(jī)硼化合物

13、有機(jī)硼化合物,如硼酸鹽、聚硼酸鹽等,是近年來(lái)研究的新型綠色緩蝕阻垢劑8。這類化合物通過(guò)在金屬表面形成硼酸鹽保護(hù)膜,起到緩蝕作用。同時(shí),硼酸根離子還可以與鈣、鎂等金屬離子作用,形成可溶性絡(luò)合物,從而起到阻垢作用。有機(jī)硼化合物具有良好的環(huán)境友好性,且在高溫條件下仍能保持良好的性能。

14、盡管無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑在環(huán)境友好性方面具有顯著優(yōu)勢(shì),但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn):

15、性能不足

16、與傳統(tǒng)的含磷含氮緩蝕阻垢劑相比,無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑在某些方面的性能仍有不足。例如,在高硬度、高堿度的水質(zhì)條件下,無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑的阻垢效果可能不如含磷化合物。同時(shí),在某些金屬材料上,無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑的緩蝕效果也可能不如傳統(tǒng)緩蝕劑。

17、成本較高

18、部分無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑,如聚氨基酸類化合物,由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜,原料成本較高,導(dǎo)致其價(jià)格遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)緩蝕阻垢劑。這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

19、適用范圍有限

20、不同類型的無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑在不同的水質(zhì)條件和溫度條件下表現(xiàn)各異。例如,某些聚羧酸類化合物在高溫條件下可能會(huì)發(fā)生水解,導(dǎo)致性能下降。而無(wú)機(jī)硅化合物在低ph值條件下可能會(huì)發(fā)生沉淀,影響其緩蝕阻垢效果。因此,如何選擇適合特定工況的無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

21、協(xié)同效應(yīng)研究不足

22、在實(shí)際應(yīng)用中,通常需要多種緩蝕阻垢劑配合使用,以達(dá)到最佳效果。然而,目前對(duì)無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑之間的協(xié)同效應(yīng)研究還不夠深入,這在一定程度上限制了其應(yīng)用效果的提升。

23、長(zhǎng)期穩(wěn)定性有待提高

24、部分無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑,特別是一些天然高分子化合物,在長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生降解或性能下降。如何提高這些綠色緩蝕阻垢劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是未來(lái)研究的重要方向之一。

25、面對(duì)這些挑戰(zhàn),研究人員正在不斷探索新的解決方案:

26、開發(fā)新型無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑

27、通過(guò)分子設(shè)計(jì)和合成新型的無(wú)磷無(wú)氮化合物,或者對(duì)現(xiàn)有化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性,以提高其緩蝕阻垢性能。例如,通過(guò)引入特定的官能團(tuán),可以增強(qiáng)化合物與金屬表面的吸附能力,從而提高緩蝕效果。

28、復(fù)配技術(shù)研究

29、通過(guò)研究不同類型無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑之間的協(xié)同效應(yīng),開發(fā)出性能更優(yōu)異的復(fù)合配方。例如,將聚羧酸類化合物與聚氨基酸類化合物復(fù)配,可以在一定程度上彌補(bǔ)各自的不足,實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。

30、納米技術(shù)應(yīng)用

31、將納米技術(shù)應(yīng)用于無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑的開發(fā),可以顯著提高其性能。例如,利用納米材料作為載體,可以提高緩蝕阻垢劑的分散性和穩(wěn)定性,從而提高其使用效果。

32、綠色合成工藝研究

33、開發(fā)更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的綠色合成工藝,以降低無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑的生產(chǎn)成本。例如,利用生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)聚氨基酸類化合物,可以顯著降低生產(chǎn)成本,提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

34、智能緩蝕阻垢系統(tǒng)開發(fā)

35、結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù),開發(fā)智能緩蝕阻垢系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)緩蝕阻垢劑的精準(zhǔn)投加和實(shí)時(shí)監(jiān)控。這不僅可以提高緩蝕阻垢效果,還可以降低藥劑使用量,減少環(huán)境影響。

36、總的來(lái)說(shuō),無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑的開發(fā)和應(yīng)用是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)但前景廣闊的研究領(lǐng)域。隨著環(huán)保要求的不斷提高和技術(shù)的不斷進(jìn)步,綠色環(huán)保型緩蝕阻垢劑必將在未來(lái)的工業(yè)水處理領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種綠色無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑，本發(fā)明的綠色無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑，不僅滿足了日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，還在性能、適用性和經(jīng)濟(jì)性方面都有突出表現(xiàn)，為工業(yè)水處理領(lǐng)域提供了一種高效、環(huán)保的新型解決方案。

2、所采用的技術(shù)方案為：

3、一種綠色無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑，其是由如下重量份的原料制備而成的：

4、聚天冬氨酸10-25份，

5、水解聚馬來(lái)酸8-18份，

6、丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物8-20份，

7、聚環(huán)氧琥珀酸10-15份，

8、δ-戊內(nèi)酰胺5-15份，

9、硼酸鈉2-8份，

10、七水硫酸鋅4-8份，

11、苯并三氮唑0.5-1份。

12、優(yōu)選的，綠色無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑，其是由如下重量份的原料制備而成的：

13、聚天冬氨酸18份，

14、水解聚馬來(lái)酸12份，

15、丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物14份，

16、聚環(huán)氧琥珀酸13份，

17、δ-戊內(nèi)酰胺10份，

18、硼酸鈉5份，

19、七水硫酸鋅6份，

20、苯并三氮唑0.8份。

21、優(yōu)選的，所述的聚天冬氨酸的參數(shù)：cas號(hào):25608-40-6，分子量:133.103g/mo?l，密度:1.5±0.1g/cm3。

22、優(yōu)選的，所述的水解聚馬來(lái)酸的參數(shù)：cas號(hào)：26099-09-2，分子量:在800至1000之間，外觀:棕紅色透明液體，密度:1.18g/cm3。

23、優(yōu)選的，所述的丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物的參數(shù)：cas號(hào)：55719-33-0，分子量:202.21，密度:1.15±0.05，外觀:淡黃色透明液體。

24、所述的聚環(huán)氧琥珀酸的參數(shù)：cas號(hào)：1528-98-71，密度:1.15g/cm3。

25、所述的δ-戊內(nèi)酰胺的參數(shù)：cas號(hào)：675-20-7，密度:1.073g/cm3；

26、所述的苯并三氮唑的參數(shù)：cas號(hào)：95-14-7，密度:1.3±0.1g/cm3。

27、所述的綠色無(wú)磷無(wú)氮緩蝕阻垢劑，其是由如下的方法制備而成的：

28、(1)改性聚天冬氨酸的制備

29、在反應(yīng)釜中加入聚天冬氨酸，添加60倍-80倍質(zhì)量的去離子水并攪拌，攪拌速度設(shè)定為300rpm，攪拌至完全溶解；

30、緩慢加入δ-戊內(nèi)酰胺，將反應(yīng)溫度升至65℃-75℃，保持恒溫?cái)嚢?h-6h，使用恒溫水浴以保持溫度穩(wěn)定；

31、降溫至50℃，加入苯并三氮唑，繼續(xù)攪拌1h-3h，將反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫，得到改性聚天冬氨酸溶液；

32、(2)其他組分的添加

33、在另一反應(yīng)釜中加入水解聚馬來(lái)酸和丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物，攪拌速度設(shè)定為250rpm，攪拌均勻；

34、緩慢加入聚環(huán)氧琥珀酸，持續(xù)攪拌至溶液澄清透明，得到混合液；

35、(3)混合改性聚天冬氨酸與其他組分

36、將步驟(1)得到的改性聚天冬氨酸溶液緩慢倒入步驟(2)的混合液中，持續(xù)恒溫?cái)嚢?，恒溫?cái)嚢杷俣仍O(shè)定為350rpm，恒溫?cái)嚢钑r(shí)間為30min，恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?5℃-90℃。

37、在攪拌的過(guò)程中，依次加入硼酸鈉和七水硫酸鋅，繼續(xù)攪拌至完全溶解，無(wú)沉淀出現(xiàn)，得到組合液；

38、(4)ph調(diào)節(jié)與均質(zhì)化

39、用0.1m氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)步驟(3)中組合液的ph至7.5-8.5；

40、將組合液轉(zhuǎn)移至高速分散機(jī)中，以5000rpm進(jìn)行均質(zhì)化處理30min；

41、(5)過(guò)濾與灌裝

42、使用100目篩網(wǎng)對(duì)步驟(4)中均質(zhì)后的溶液進(jìn)行過(guò)濾，去除不溶物和雜質(zhì)；

43、將過(guò)濾后的產(chǎn)品灌裝入干燥、潔凈的密封容器中，進(jìn)行緩蝕性能和阻垢性能測(cè)試，以確保產(chǎn)品符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

44、綜上，本發(fā)明的有益效果在于：

45、首先，該緩蝕阻垢劑采用了無(wú)磷無(wú)氮的配方設(shè)計(jì)，符合當(dāng)前環(huán)保法規(guī)和政策的要求。傳統(tǒng)的緩蝕阻垢劑通常含有磷酸鹽和有機(jī)膦酸鹽等成分，這些成分在排放到水體中后容易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)而引發(fā)藻類過(guò)度繁殖，破壞水生態(tài)平衡。本發(fā)明通過(guò)使用聚天冬氨酸、水解聚馬來(lái)酸、丙烯酸/丙烯酸羥丙酯共聚物等無(wú)磷無(wú)氮化合物，有效避免了這一環(huán)境問(wèn)題。

46、其次，本發(fā)明的緩蝕阻垢劑在性能上表現(xiàn)出色。通過(guò)合理的組分配比和改性技術(shù)，該產(chǎn)品能夠在各種水質(zhì)條件下提供優(yōu)異的緩蝕和阻垢效果。聚天冬氨酸與δ-戊內(nèi)酰胺、苯并三氮唑的改性反應(yīng)，增強(qiáng)了其在金屬表面的吸附能力，從而提高了緩蝕性能。同時(shí)，其他組分如聚環(huán)氧琥珀酸、水解聚馬來(lái)酸等通過(guò)螯合金屬離子和形成保護(hù)膜，實(shí)現(xiàn)了高效的阻垢效果。

47、此外，該產(chǎn)品具有良好的生物降解性，使用后不會(huì)對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期污染。與傳統(tǒng)含磷、含氮緩蝕阻垢劑相比，本發(fā)明的產(chǎn)品在生物降解過(guò)程中不會(huì)釋放有害物質(zhì)，因而更加綠色環(huán)保。這一特性使其特別適用于對(duì)環(huán)境影響要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如飲用水處理和生態(tài)敏感區(qū)域的工業(yè)水處理。

48、最后，本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單且成本較低。通過(guò)優(yōu)化制備工藝，如均質(zhì)化處理和ph調(diào)節(jié)步驟，不僅提高了產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，還降低了生產(chǎn)成本。這使得該產(chǎn)品在商業(yè)化應(yīng)用中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，可以廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金等行業(yè)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，為這些行業(yè)提供了一種高效、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的解決方案。

49、綜上所述，本發(fā)明不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破，同時(shí)也為工業(yè)水處理領(lǐng)域提供了一種可持續(xù)發(fā)展的綠色解決方案。