環境友好型海水淡化膜用阻垢劑的製作方法

2023-07-26 01:34:26 1

環境友好型海水淡化膜用阻垢劑的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種環境友好型海水淡化膜用阻垢劑，環境友好型海水淡化膜用阻垢劑含有XY-ONE、聚天冬氨酸鹽、聚環氧琥珀酸鹽和去離子水，XY-ONE、聚天冬氨酸鹽、聚環氧琥珀酸鹽的質量比為30～60：10～30：5～20，其餘是去離子水。本發明可用於海水淡化反滲透系統中，對碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等多種垢具有強的抑制作用和良好的分散作用，本身不會造成膜元件汙染，適用於目前市場廣泛使用各種材質的膜，具有良好的化學穩定性，易生物降解，對環境危害小。
【專利說明】環境友好型海水淡化膜用阻垢劑
【技術領域】
[0001]本發明屬於海水淡化領域，特別涉及一種用於海水淡化反滲透系統的環境友好型膜用阻垢劑。
【背景技術】
[0002]我國是一個水資源嚴重短缺的國家。水資源總量2.81萬億立方米，居世界第6位，但人口為世界人口的四分之一，人均水資源為世界第108位，是世界上21個貧水國家之一。特別是北方沿海地區，是我國最缺水地區之一。考慮到北方沿海地區人口增長、產業結構變化、農業發展和生態環境用水需求等因素，預測在2010?2020年，北方沿海4省(市)人均綜合用水量將分別達到325?365立方米和350?400立方米，缺水總量將分別達到166?255億立方米和273?393億立方米；同時，考慮到南方沿海部分地區的水質性和資源性缺水狀況，沿海地區的缺水形勢將更趨嚴峻。海水淡化是解決沿海地區水資源緊缺的根本途徑之一，淡水資源緊缺已成為制約我國國民經濟發展和人民生活水平提高的瓶頸。
[0003]海水淡化是利用海水脫鹽生產淡水。是實現水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，水質好、價格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。
[0004]海水淡化技術按分離原理和方法,海水淡化技術可分為相變法和非相變法兩大類。相變法包括:蒸餾法、冷凍法、氣體水化物法；非相變法包括:膜法、其他方法。現應用最為廣泛的、形成產業化規模的是蒸餾法中的低溫多效法(MED)、多級閃蒸法(MSF)、膜法中的反滲透法(RO)以及熱膜耦合法，是現在國際海水淡化市場所採用的主流海水淡化技術。
[0005]目前，除海灣國家外，美洲、亞洲、和歐洲，大中生產規模的裝置都以反滲透法為首選。
[0006]膜垢汙染是反滲透海水淡化中遇到的一個主要問題。在反滲透海水淡化過程中，由於膜的濃縮作用，濃水中的鈣、鎂等離子濃度大大增加，從而使難溶鹽的離子積大於其溶度積，在反滲透膜表面形成膜垢，影響整個反滲透裝置的正常運行，縮短了反滲透膜的使用壽命。
[0007]酸(如硫酸和鹽酸)和六偏磷酸鈉是傳統膜用阻垢劑。而且由於酸和六偏磷酸鈉的價格低廉，目前仍具有一定的市場優勢。然而，隨著反滲透海水淡化日趨規模化、大型化發展，以及專用阻垢劑價格的下調。它們的不利因素逐漸顯現出來。如加酸處理對除碳酸鈣以外的其他垢無明顯阻垢效果，而且，酸具強腐蝕性，存在安全隱患；用這種處理方式將消耗大量的酸，與此同時還需消耗大量氫氧化鈉等中和用化學品。而六偏磷酸鈉等聚磷酸鹽雖有著良好的閾值效應，在低濃度條件下能有效抑制特定垢的沉積，但它在短時間內易水解成PO4'不僅起不到阻垢作用，而且易生成磷酸鈣難溶垢，加劇膜的汙堵。另外，含磷的濃縮液進人環境後造成富營養化，不利於環境保護。
[0008]針對上述兩種物質的弊端，國外的研究工作開始轉向開發和使用成本低、高效、多能、專用的膜用阻垢劑。目前國內外使用的阻垢劑主要有含磷阻垢劑和聚合物類阻垢劑，且產品日趨多元化，對常見垢均能達到良好的處理效果。含磷阻垢劑能有效抑制碳酸鈣、硫酸鈣垢沉澱。但含磷組分會向微生物提供營養源，加速細菌、藻類繁殖，從而加劇加藥箱、計量泵、管道及RO系統的微生物汙染，另外也會產生磷酸鹽垢在膜上的沉積現象。聚合物類阻垢劑包括聚羧酸類阻垢劑、磺酸鹽類阻垢劑和聚丙烯醯胺類阻垢劑。聚合物阻垢劑雖然阻垢性能良好，但應用於精密的膜元件時，時常在膜系統流道及表面發生高分子鏈的自纏繞自粘連的現象，因此其本身就有造成膜元件汙染的可能，在國內已發生多次阻垢劑加藥過量後造成膜無法恢復的汙堵事件。因此開發低磷或無磷且使用安全的新型阻垢劑成為反滲透阻垢劑的發展方向。
[0009]在反滲透膜海水淡化中，許多因素會影響阻垢劑的阻垢性能及穩定性，如鈣離子濃度、總鹼度、氯含量、鐵和重金屬離子等。現有阻垢劑鈣離子容忍度低，在鈣離子濃度高的海水中，自身會產生沉澱，對膜造成汙染。如HEDP在高鹼度的海水中，阻垢性能下降，當氯存在時，抑制CaCO3能力完全喪失；聚丙烯酸在鐵和重金屬離子存在時，穩定性下降；聚馬來酸酐有氯存在時在高鹼度的海水中需要高的投藥量。 [0010]本發明提供的環境友好型海水淡化膜用阻垢劑，克服了傳統使用阻垢劑的缺點，在鈣離子濃度高的海水中，它對碳酸鈣、硫酸鈣等多種垢仍具有很強的抑制作用及良好的分散作用，適用於纖維質、聚醯胺類等各種材質膜的優點，具有良好的化學穩定性，易生物降解，對環境危害小。

【發明內容】

[0011]本發明的目的在於提供一種環境友好型海水淡化膜用阻垢劑。可用於海水淡化反滲透系統中，對碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等多種垢具有強的抑制作用和良好的分散作用，本身不會造成膜元件汙染，適用於目前市場廣泛使用各種材質的膜，具有良好的化學穩定性，易生物降解，對環境危害小。
[0012]本發明所採用的技術方案如下:
[0013]一種環境友好型海水淡化膜用阻垢劑，含有ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鹽、聚環氧琥珀酸鹽和去離子水。各組分的重量百分比為:
[0014]XY-ONE30 ~60%
[0015]聚天冬氨酸鹽 10~30%
[0016]聚環氧琥珀酸鹽5~20%
[0017]其餘為去離子水。
[0018]所述的XY-ONE為一種由丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、乙烯基磺酸鈉等組成的三元共聚物。
[0019]所述的聚天冬氨酸鹽為馬來酸酐的銨鹽經縮聚、水解、中和製得聚天冬氨酸鹽，聚天冬氨酸鹽的相對分子質量1000~5000，聚天冬氨酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
[0020]所述的聚環氧琥珀酸鹽的相對分子質量400~1000，聚環氧琥珀酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
[0021]所述的一種環境友好型海水淡化膜用阻垢劑製備方法:將去離子水、ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鹽和聚環氧琥珀酸鹽，按比例將各組份原料加入反應釜中，充分攪拌60~90分鐘，即可得到產品。
[0022]實施例一
[0023]按重量百分比選取原料
[0024]XY-ONE60%
[0025]聚天冬氨酸鈉 15%
[0026]聚環氧琥珀酸鈉5%
[0027]其餘為去離子水。
[0028]將去離子水、ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鈉和聚環氧琥珀酸鈉，按比例將各組份原料加入反應釜中，充分攪拌60~90分鐘，即可得到所需產品。
[0029]實施例二
[0030]按重量百分比選取原料
[0031]XY-ONE45%`
[0032]聚天冬氨酸鈉 15%
[0033]聚環氧琥珀酸鈉15%
[0034]其餘為去離子水。
[0035]將去離子水ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鈉和聚環氧琥珀酸鈉，按比例將各組份原料加入反應釜中，充分攪拌60~90分鐘，即可得到所需產品。
[0036]實施例三
[0037]按重量百分比選取原料
[0038]XY-ONE60%
[0039]聚天冬氨酸鉀 20%
[0040]聚環氧琥珀酸鉀5%
[0041]其餘為去離子水。
[0042]將去離子水、ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鈉和聚環氧琥珀酸鈉，按比例將各組份原料加入反應釜中，充分攪拌60~90分鐘，即可得到所需產品。
[0043]實施例四阻垢碳酸鈣性能實驗
[0044]本發明的阻垢性能測定採用威海經區海水，在500mL容量瓶中加入250mL所取海水，用移液管加人1.0mL阻垢分散劑試樣溶液(濃度為5000mg/L)，使阻垢分散劑的量為5mg，搖勻。用所取海水稀釋至刻度，搖勻。將試液置於(80± I) °C的恆溫水浴中，恆溫放置10小時後取出，冷卻至室溫後用中速濾紙過濾，濾液用0.01mol/LEDTA標準溶液滴定測定殘餘Ca2+濃度，按下式計算阻垢率:
[0045]阻垢率=(C1-C2)/ (C0-C2)
[0046]式中C1為加入阻垢分散劑的試液試驗後的Ca2+濃度，mg/L, C2為未加阻垢分散劑的空白試液試驗後的Ca2+濃度，mg/L, C0為試驗所取海水中Ca2+濃度，mg/L。
[0047]表1實施例一~三所得阻垢劑的阻碳酸鈣垢性能
[0048]
實施例1阻垢率，％
I95
【權利要求】
1.一種環境友好型海水淡化膜用阻垢劑，含有XY-ONE、聚天冬氨酸鹽、聚環氧琥珀酸鹽和去離子水。各組分的重量百分比為: XY-ONE30 ?60% 聚天冬氨酸鹽 10?30% 聚環氧琥珀酸鹽5?20% 其餘為去離子水。
2.根據權利要求1所述的環境友好型海水淡膜用阻垢劑，其特徵在於:所述的XY-ONE為一種由丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、乙烯基磺酸鈉等組成的三元共聚物。
3.根據權利要求1所述的環境友好型海水淡膜用阻垢劑，其特徵在於:所述的聚天冬氨酸鹽為馬米酸酐的銨鹽經縮聚、水解、中和製得聚天冬氨酸鹽，聚天冬氨酸鹽的相對分子質量1000?5000，聚天冬氨酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
4.根據權利要求1所述的環境友好型海水淡膜用阻垢劑，其特徵在於:所述的聚環氧琥珀酸鹽的相對分子質量400?1000，聚環氧琥珀酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
【文檔編號】C02F103/08GK103638820SQ201310673562
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】孫曉丹, 喻果, 楊京霖 申請人:李洪社