一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑及其製備方法
2023-06-30 09:11:56
專利名稱：一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑及其製備方法。
背景技術：
在工業循環水和反滲透水處理等工藝過程中，由於鈣離子的不斷增加使得碳酸鈣、硫酸鈣等無機鹽在換熱設備表面上結垢影響換熱效率，在反滲透膜上附著而堵塞膜孔，從而影響反滲透系統的效率和膜使用壽命。防止水系統結垢最方便且有效的方法是在水中投加酸和偏磷酸鈉作為阻垢劑，但該化學藥品的加入帶來設備腐蝕，且偏磷酸鈉水解為正磷酸鈉與水中鈣離子結合為難溶的磷酸鈣垢。近期已公開發表和應用的阻垢分散劑多為磷系類物質，此類阻垢分散劑在阻垢分散無機垢的同時也為水中細菌和藻類提供了豐富的營養，使得水處理過程殺菌滅藻難度加大，若殺菌效果不好，細菌使得換熱設備垢下腐蝕加劇，同時反滲透系統中的細菌也會使得反滲透膜堵塞。另外，國內外現有的阻垢分散劑在高鈣情況下其阻垢分散效果不能令人十分滿意，如目前在國內外應用較廣的美國大湖公司生產的Flocon135為含磷、羧基的聚合物反滲透水處理系統阻垢劑，當水中硫酸鈣濃度積較高時，阻垢效果不能令人滿意，且阻垢效果受其它離子(如鐵、鋇離子)的影響較大，同時成本較高。國內也有用工業循環水阻垢劑替代反滲透水處理阻垢劑，如燕山石化用以聚丙烯酸為主要原料的阻垢劑，成本較高，對硫酸鈣的阻垢效果一般。
發明內容
本發明的目的在於提供一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑及其製備方法，由於阻垢分散劑共聚物中同時含有醯胺基、羧基官能團，使阻垢分散劑不僅具有優良的阻CaSO4垢功能，還有一定分散氧化鐵的性能，同時受水質中Fe2+、Ba2+濃度的影響較小，具有穩定持久的阻垢性能。可廣泛應用於工業循環水和反滲透水處理系統，在硫酸鈣鹽高過飽和度或高鈣離子濃度下，具有高效阻垢分散性。
本發明提供了一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑，為一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物與水形成的水溶液，固含量為30～40％，共聚物的分子量為2000～50000，丙烯酸丙烯醯胺共聚物中同時含有羧基和醯胺基。
本發明還提供了一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑的製備方法，以丙烯酸、丙烯醯胺、次亞磷酸鈉、過硫酸胺和水為原料，具體的反應步驟和方法為在60-110℃下，最好為70-90℃向含有終止劑次亞磷酸鈉的水溶液中滴加丙烯酸和丙烯醯胺的混合液，同時滴加引發劑過硫酸胺水溶液，滴定完畢，在攪拌條件下反應1-6小時，最好為2-3小時，得到丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑。上述混合液中丙烯酸、丙烯醯胺的質量比為丙烯酸/丙烯醯胺＝20∶1～0.2∶1，最好為5∶1～1∶1；引發劑與丙烯酸和丙烯醯胺混合液的質量比為0.05∶1～0.2∶1，最好為0.08∶1～0.1 5。
本發明的水處理阻垢分散劑為無磷、高效、環保型、含羧基和醯氨基官能團低分子量共聚物類。其阻垢分散效果超過目前常用藥劑的效果，由於共聚物中同時含有醯胺基、羧基官能團，使阻垢分散劑不僅具有優良的阻CaSO4垢功能，還有一定分散氧化鐵的性能，同時受水質中Fe2+、Ba2+濃度的影響較小，具有穩定持久的阻垢性能。該阻垢分散劑不僅能應用於反滲透系統，還可用於工業循環水系統。
圖1是本發明實施例1的紅外吸收光譜圖，從圖中可以看出，在1750cm-1波數處有吸收峰，表明有羧基；在3364cm-1、3216cm-1波數處有吸收峰，表明有醯胺基。說明本發明的丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑中同時含有羧基和醯胺基。
具體實施例方式下述實施例將有助於說明本發明範圍和效果，但不局限於此。
實施例1在裝有攪拌器、回流冷凝器、恆壓滴液漏鬥和溫度計的四頸燒瓶中加入次亞磷酸鈉(分析純)5.70g和95ml水，開始啟動攪拌升溫設備，使次亞磷酸鈉充分溶解。溫度在70℃以下，滴加含過硫酸銨5.50g的過硫酸銨水溶液，待溫度升至70±2℃後恆溫，同時滴加丙烯酸和丙烯醯胺的混合液(其中丙烯酸56.3g，丙烯醯胺18.7g)，滴加完畢後保溫反應2小時，冷卻得產品。產品的聚合率為99.70％，總固含量31.2％，分子量為3500。
實施例2在裝有攪拌器、回流冷凝器、恆壓滴液漏鬥和溫度計的四頸燒瓶中加入次亞磷酸鈉(分析純)5.7g和95ml水，開始啟動攪拌升溫設備，使次亞磷酸鈉充分溶解。溫度在70℃以下，滴加含過硫酸銨5.5g的過硫酸銨水溶液，待溫度升至70±2℃後恆溫，同時滴加丙烯酸和丙烯醯胺的混合液(其中丙烯酸50g，丙烯醯胺25g)，滴加完畢後保溫反應2小時，冷卻得產品。產品的聚合率為99.74％，總固含量32.56％。分子量為4000。
實施例3在裝有攪拌器、回流冷凝器、恆壓滴液漏鬥和溫度計的四頸燒瓶中加入次亞磷酸鈉(分析純)5.7g和95ml水，開始啟動攪拌升溫設備，使次亞磷酸鈉充分溶解。溫度在85℃以下，滴加含過硫酸銨5.5g的過硫酸銨水溶液，待溫度升至85±2℃後恆溫，同時滴加丙烯酸和丙烯醯胺的混合液(其中丙烯酸50g，丙烯醯胺25g)，滴加完畢後保溫反應1小時，冷卻得產品。產品的聚合率為99.73％，總固含量33.15％。分子量為9700。
實施例4在裝有攪拌器、回流冷凝器、恆壓滴液漏鬥和溫度計的四頸燒瓶中加入次亞磷酸鈉(分析純)5.7g和95ml水，開始啟動攪拌升溫設備，使次亞磷酸鈉充分溶解。溫度在80℃以下，滴加含過硫酸銨5.5g的過硫酸銨水溶液，待溫度升至80±2℃後恆溫，同時滴加丙烯酸和丙烯醯胺的混合液(其中丙烯酸60g，丙烯醯胺15g)，滴加完畢後保溫反應4小時，冷卻得產品。產品的聚合率為99.68％，總固含量34.55％。分子量為5600。
對比例1
中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司生產的以聚丙烯酸為主的阻垢分散劑(固含量25％，分子量4000-5000)。
對比例2美國大湖公司生產的Flocon135阻垢劑(固含量40％，分子量4000-6000)。
實施例和對比例的阻垢性能比較見表1。
表1
從表1可以看出本發明的阻垢分散劑(特別是實施例1和2的阻垢分散劑)與對比例1和2相比對硫酸鈣的阻垢效果明顯提高。
實施例和對比例分散氧化鐵性能的比較見表2。
表2
水樣的透光率越低，表明阻垢分散劑的分散作用越強。從表2可以看出與對比例1和2比較，本發明的阻垢分散劑的分散作用明顯強於對比例1和對比例2。
實施例和對比例阻垢分散性能受Fe2+濃度的影響見表3。
表3 從表3可以看出由於在設備和管道因腐蝕等原因水中有微量的鐵存在時，對阻垢分散劑的性能有影響，但本發明的阻垢分散劑阻垢率受鐵離子的影響遠低於對比例1和2。
實施例和對比例阻垢分散性能受Ba2+濃度的影響見表4。
表4
從表4可以看出本發明的阻垢分散劑受水中Ba2+濃度的影響很小(特別是實施例1的阻垢分散劑)，而對比例1受水中Ba2+濃度的影響次之，對比例2受水中Ba2+濃度的影響最大。
本發明對所得的丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑的性能評定方法如下阻硫酸鈣垢性能測試方法取蒸餾水，配製成Ca2+濃度為7000mg/L(以CaCO3計，以下同)，SO42-為7000mg/L(以CaCO3計，以下同)的試驗用水(做Fe2+、Ba2+影響試驗時同時加入一定劑量的FeSO4、BaCl2溶液)，加入8mg/L(以有效濃度計)的藥劑，於70±1℃恆溫水浴內恆溫10h，取樣分析水中剩餘Ca2+的濃度，同時做空白樣，並計算阻垢率。
阻垢率計算公式為阻垢率＝(C-C0)/(C1-C0)×100％C加入阻垢劑的水樣中Ca2+濃度(mg/L)；C0空白樣的Ca2+的濃度(mg/L)；C1不加阻垢劑的水樣中Ca2+濃度(mg/L)。
分散氧化鐵性能測試方法配製Ca2+濃度為150mg/L(以CaCO3計)的鈣鹽溶液，在其中加入一定濃度的共聚物阻垢分散劑8mg/L和17mg/LFeSO4溶液250ml。用四硼酸鈉調節pH值為9，在pH穩定後，強烈攪拌15min，然後在50℃水浴中靜置5h。取上層清液，用722N可見光分光光度計(420nm，3cm比色器)測透光率T。
透光率越低，氧化鐵在水中的分散性越好，說明藥劑分散氧化鐵的性能越強。
聚合率、總固含量的測定方法聚合率、總固含量的測定方法參照中國石油化工股份有限公司生產發展部《冷卻水分析和試驗方法》聚合率、總固含量的測定方法。
聚合率的計算公式為X1＝[1-(V0-V1)×C×0.03603/m1]×100總固含量的計算公式為X2＝(m2-m1)/m×100％X1共聚物的聚合率(％)；X2共聚物的總固含量(％)；V0--空白實驗消耗硫代硫酸鈉標準滴定溶液的體積(mL)；
V1--測定試樣時消耗硫代硫酸鈉標準滴定溶液的體積(mL)；C--硫代硫酸鈉標準滴定溶液的實際濃度(mol/L)；m1--試料的質量(g)；0.03603--與1.00mL硫代硫酸鈉[c(Na2S2O3)＝1.00mol/L]標準滴定溶液相當的以克表示丙烯酸的質量；m2--乾燥後的藥劑與稱量瓶重(g)；m1--稱量瓶淨重(g)；m--稱取藥劑的質量(g)。
權利要求
1.一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑，為一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物與水形成的水溶液，固含量為30～40％，共聚物的分子量為2000～10000，其特徵是丙烯酸丙烯醯胺共聚物中同時含有羧基和醯胺基。
2.一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑的製備方法，以丙烯酸、丙烯醯胺、次亞磷酸鈉、過硫酸胺和水為原料，具體的反應步驟和方法為反應溫度在60-110℃下，向含有終止劑次亞磷酸鈉的水溶液中滴加丙烯酸和丙烯醯胺的混合液，同時滴加引發劑過硫酸胺水溶液，滴加完畢，在攪拌條件下反應1-6小時，得到丙烯酸丙烯醯胺共聚物類阻垢分散劑；上述混合液中丙烯酸、丙烯醯胺的質量比為丙烯酸/丙烯醯胺＝20∶1～0.2∶1，引發劑與丙烯酸和丙烯醯胺混合液的質量比為0.05∶1～0.2∶1。
3.根據權利要求2的製備方法，其特徵是反應溫度為70-90℃，滴加完畢，在攪拌條件下反應2-3小時，混合液中丙烯酸、丙烯醯胺的質量比為丙烯酸/丙烯醯胺＝5∶1～1∶1，引發劑與丙烯酸和丙烯醯胺混合液的質量比為0.08∶1～0.15∶1。
全文摘要
本發明涉及一種丙烯酸丙烯醯胺共聚物阻垢分散劑及其製備方法。該阻垢分散劑由於共聚物中同時含有醯胺基、羧基官能團，使阻垢分散劑不僅具有優良的阻CaSO
文檔編號C08F220/56GK101033278SQ20061005695
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月8日 優先權日2006年3月8日
發明者劉偉, 酈和生, 齊惜娟, 王亭 申請人:北京化工大學, 中國石油化工股份有限公司