水处理剂的制作方法

1.本发明属于水处理领域，具体涉及一种水处理剂。


背景技术：

2.锅炉水系统运行中，需要适当排污以维持正常浓缩运行，排污量越大，水耗越大，高温水带走的热量越多，伴随着国家节能和节水减排政策要求，锅炉水处理以高浓缩运行的要求越来越高。
3.在水体系中，由于水中的钙和镁等水垢成分的高浓度化，其结果，这些成为水垢而析出，从而存在着引起传热效率的降低和水流路的堵塞等问题。
4.为了抑制结垢问题，有必要将具有水垢抑制作用的水处理剂添加在水体系中，从而抑制水垢成分对体系内的附着。
5.另一方面，流通在锅炉水体系的水中所含有的溶解氧，成为腐蚀锅炉釜体、蒸汽冷凝水配管及其它水体系成套设备的原因。因此，通常在提供至供水体系和蒸汽发生设备的水中，添加有水处理剂，该水处理剂含有具有去除溶解氧作用的除氧剂。
6.此外，锅炉如果使用的软化水而非去离子水，水中含有腐蚀性离子，如氯离子和硫酸根离子，在高浓缩条件下，炉水中浓度相当于软水中浓度的数十倍，会对炉管等造成腐蚀危害，降低寿命。
7.由于软水中的碳酸根和碳酸氢根在高温下会形成二氧化碳气体，如果有冷凝水回收的场合，二氧化碳气体溶解在冷凝水中，是冷凝水变成弱酸性条件，此时对碳钢材质的冷凝水系统会产生腐蚀。因此，必须投加适量的中和性氨或胺类来中和，使其处于中性和弱碱性条件。
8.以上几种功用的药剂，可以单独投加，但对于中低压锅炉用户而言，分别投加不仅不利于操作和管理，而且需要使用几套加药设备，设备投资成本明显增加。
9.目前，既有的复合配方使用的原料，如聚环氧琥珀酸、中和性胺等均没有食品级的原料。符合食品级原料要求的均是含磷配方，没有无磷配方，或者不能有效将阻垢成分、除氧成分、中和性的氨或胺类三者复配在一起，只能做到其中两种复配。因此，本发明采用聚丙烯酸盐、异抗坏血酸盐与中和性氨等材料复配使用制备水处理剂，并对该水处理剂的性能进行研究。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种水处理剂，该水处理剂具有良好的阻垢效果及除氧效果，且可以进一步提升设备的耐腐蚀效果。
11.本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种水处理剂，包含：聚丙烯酸盐，上述聚丙烯酸盐包含含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐；异抗坏血酸盐，上述异抗坏血酸盐包含d-异抗坏血酸钠；
中和性氨，上述中和性氨包含氨水；及氢氧化钠。
12.对本发明而言，上述氨水中氨的浓度为27-30wt%。
13.对本发明而言，上述聚丙烯酸盐的分子量为4000-6000。
14.本发明还公开了一种水处理剂的制备方法，包括：在去离子水中加入氢氧化钠，搅拌均匀，然后加入聚丙烯酸盐，搅拌均匀，放置冷却到室温，再加入异抗坏血酸盐，搅拌均匀，最后加入中和性氨，搅拌均匀，制得水处理剂。
15.对本发明而言，上述水处理剂中，按重量份计，聚丙烯酸盐的用量为10-15份；异抗坏血酸盐的用量为5-10份；氢氧化钠的用量为10-15份；中和性氨的用量为5-15份；去离子水的用量为45-70份。
16.本发明还公开了上述水处理剂在制备食品级无磷多效锅炉水处理剂中的用途。
17.本发明还公开了上述水处理剂在锅炉水处理中的用途。
18.本发明提供的水处理剂为无磷多效水处理剂以聚丙烯酸盐为主要成分，并添加适量异抗坏血酸盐、氨水、去离子水等成分而成。本发明产品适用于3.8mpa压力以下的工业锅炉。将本发明提供的水处理剂投加在工业锅炉的给水泵前或给水罐内，从而达到防止炉内腐蚀、结垢，给水、冷凝水系统腐蚀的目的；使用后，锅炉的排水不含磷，无须担心磷的排放问题。
19.本发明还公开了一种含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐的制备方法，包括：采用蒜氨酸与丙烯酸发生接枝共聚反应，然后再采用氢氧化钠溶液调节ph，制得含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐。
20.本发明提供了一种含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐的制备方法，以蒜氨酸为改性剂，制得含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐，并将其用于水处理剂的制备，使得水处理剂具有良好的阻垢效果及除氧效果，且可以进一步提升设备的耐腐蚀效果；原因可能是由于蒜氨酸中的氨基、羧基等官能团进一步增强了水处理剂对重金属离子的螯合能力。
21.具体地，上述含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐的制备方法，包括以下步骤：将蒜氨酸、丙烯酸加入到去离子水中，氮气氛围下，在45-60℃，缓慢加入过硫酸铵、巯基乙酸，在65-75℃反应3-5h至单体反应完全，加入浓度为45-50wt%的氢氧化钠溶液调节ph至7-8，制得含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐。
22.对本发明而言，上述蒜氨酸与丙烯酸的摩尔比为：1:1-1.5。
23.对本发明而言，上述丙烯酸与过硫酸铵的质量比为：1:0.08-0.15。
24.对本发明而言，上述过硫酸铵与巯基乙酸的质量比为：1:2-3。
25.本发明还公开了上述制备方法制得的含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐在制备水处理剂中的用途。
26.为进一步提升水处理剂的性能，本发明还在水处理剂中加入淀粉衍生物。
27.对本发明而言，上述淀粉衍生物在水处理剂的制备过程中与聚丙烯酸盐同时加入。
28.对本发明而言，上述水处理剂中聚丙烯酸盐与淀粉衍生物的质量比为：1:0.2-0.5。
29.本发明还公开了一种淀粉衍生物的制备方法，包括：采用n-(2-羟乙基)丙烯酰胺
与淀粉发生接枝反应，制得淀粉衍生物。
30.本发明提供了一种淀粉衍生物的制备方法，以n-(2-羟乙基)丙烯酰胺为改性剂，制得的淀粉衍生物用于水处理剂的制备，使得水处理剂具有更优的阻垢效果及除氧效果，可以进一步提升设备的耐腐蚀效果；原因可能是由于n-(2-羟乙基)丙烯酰胺中的酰胺基等增强了水处理剂对重金属离子的去除能力。
31.具体地，上述淀粉衍生物的制备方法，包括以下步骤：在浓度为3-4.5wt%的淀粉水溶液中加入n-(2-羟乙基)丙烯酰胺，然后加入碳酸氢钠，氮气氛围下，在38-45℃，加入十二烷基苯磺酸钠、过硫酸钾，升温至70-85℃反应7-12h，冷却至室温，离心，去离子水洗涤3-5次，干燥，制得淀粉衍生物。
32.对本发明而言，上述淀粉水溶液中的淀粉为可溶性淀粉。
33.对本发明而言，上述可溶性淀粉中的葡萄糖单元摩尔数与n-(2-羟乙基)丙烯酰胺单体摩尔数之比为：1:1-2。
34.对本发明而言，上述可溶性淀粉与碳酸氢钠的质量比为：1:0.008-0.013。
35.对本发明而言，上述可溶性淀粉与十二烷基苯磺酸钠的质量比为：1:0.01-0.015。
36.对本发明而言，上述可溶性淀粉与过硫酸钾的质量比为：1:0.004-0.008。
37.本发明还公开了上述制备方法制得的淀粉衍生物在制备水处理剂中的用途。
38.本发明还公开了上述制备方法制得的淀粉衍生物在锅炉水处理中的用途。
39.本发明的有益效果包括：本发明获得了一种水处理剂，该水处理剂为无磷多效水处理剂，采用蒜氨酸制备的含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐、异抗坏血酸盐、氨水、氢氧化钠混合制备而成；制得的水处理剂具有良好的阻垢效果及除氧效果，且可使设备具有良好的耐腐蚀效果；另外，本发明将n-(2-羟乙基)丙烯酰胺改性制得的淀粉衍生物用于水处理剂的制备，使得水处理剂具有更优的阻垢效果及除氧效果，可以进一步提升设备的耐腐蚀效果；且使用该水处理剂后，排水不含磷，无须担心磷的排放问题。
40.因此，本发明提供了一种水处理剂，该水处理剂具有良好的阻垢效果及除氧效果，且可以进一步提升设备的耐腐蚀效果。
附图说明
41.图1为实施例2制备的含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐及聚丙烯酸钠盐的红外光谱图测试结果；图2为实施例3制备的淀粉衍生物及可溶性淀粉的红外光谱图测试结果。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细描述：本发明实施例所用聚丙烯酸钠盐：符合gb29948-2013；本发明实施例所用中和性氨：符合gb29201-2020；本发明实施例所用d-异抗坏血酸钠：符合gb1886.28-2016；本发明实施例所用氢氧化钠：符合gb1886.20-2016。
43.实施例1：一种水处理剂的制备方法，包括：在去离子水中加入氢氧化钠，搅拌均匀，然后加入聚丙烯酸钠盐（聚丙烯酸钠盐的分子量为5000），搅拌均匀，放置冷却到室温，再加入d-异抗坏血酸钠，搅拌均匀，最后加入氨水（氨水中氨的浓度为27wt%），搅拌均匀，制得水处理剂；其中，水处理剂中，按重量份计，聚丙烯酸钠盐的用量为10份；d-异抗坏血酸钠的用量为5份；氢氧化钠的用量为10份；氨水的用量为5份；去离子水的用量为70份。
44.实施例2：一种水处理剂的制备方法与实施例1的区别：采用含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐替代聚丙烯酸钠盐。
45.含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐的制备方法，包括以下步骤：将蒜氨酸、丙烯酸加入到去离子水中，氮气氛围下，在45℃，缓慢加入过硫酸铵、巯基乙酸，在65℃反应5h至单体反应完全，加入浓度为45wt%的氢氧化钠溶液调节ph至7，制得含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐；其中，蒜氨酸与丙烯酸的摩尔比为：1:1；丙烯酸与过硫酸铵的质量比为：1:0.08；过硫酸铵与巯基乙酸的质量比为：1:2。
46.实施例3：一种水处理剂的制备方法与实施例1的区别：加入淀粉衍生物。
47.具体地，水处理剂的制备方法，包括：在去离子水中加入氢氧化钠，搅拌均匀，然后加入聚丙烯酸钠盐（聚丙烯酸钠盐的分子量为5000）、淀粉衍生物，搅拌均匀，放置冷却到室温，再加入d-异抗坏血酸钠，搅拌均匀，最后加入氨水（氨水中氨的浓度为27wt%），搅拌均匀，制得水处理剂；其中，聚丙烯酸钠盐与淀粉衍生物的质量比为：1:0.2；水处理剂中，按重量份计，聚丙烯酸钠盐的用量为10份；d-异抗坏血酸钠的用量为5份；氢氧化钠的用量为10份；氨水的用量为5份；去离子水的用量为70份。
48.淀粉衍生物的制备方法，包括以下步骤：在浓度为3wt%的可溶性淀粉水溶液中加入n-(2-羟乙基)丙烯酰胺，然后加入碳酸氢钠，氮气氛围下，在38℃，加入十二烷基苯磺酸钠、过硫酸钾，升温至70℃反应12h，冷却至室温，离心，去离子水洗涤3次，干燥，制得淀粉衍生物；其中，可溶性淀粉中的葡萄糖单元摩尔数与n-(2-羟乙基)丙烯酰胺单体摩尔数之比为：1:1；可溶性淀粉与碳酸氢钠的质量比为：1:0.008；可溶性淀粉与十二烷基苯磺酸钠的质量比为：1:0.01；可溶性淀粉与过硫酸钾的质量比为：1:0.004。
49.实施例4：一种水处理剂的制备方法与实施例3的区别：采用含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐替代聚丙烯酸钠盐。
50.淀粉衍生物的制备方法与实施例3相同。
51.实施例5：一种水处理剂的制备方法与实施例3的区别：采用可溶性淀粉替代淀粉衍生物。
52.试验例：1.红外光谱测试采用傅立叶红外光谱仪，溴化钾压片法，对样品结构的官能团进行表征。
53.对实施例2制备的含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐及聚丙烯酸钠盐进行上述测试，结
果如图1所示。由图1可知，与聚丙烯酸钠盐的红外谱图相比，含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐的红外谱图在1241cm-1
处存在c-n键的红外特征吸收峰；在1165cm-1
处存在s=o键的红外特征吸收峰，说明蒜氨酸参与了含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐的生成反应。
54.对实施例3制备的淀粉衍生物及可溶性淀粉进行上述测试，结果如图2所示。由图2可知，与可溶性淀粉的红外谱图相比，淀粉衍生物的红外谱图在1675cm-1
、1594cm-1
、1404cm-1
处分别存在酰胺基中c=o、n-h、c-n键的红外特征吸收峰，说明n-(2-羟乙基)丙烯酰胺参与了淀粉衍生物的生成反应。
55.2.耐腐蚀效果测试按照《gb/t16811-2018工业锅炉水处理设施运行效果与监测》标准，对水处理剂样品进行试验，然后检测缓蚀率，水处理剂样品用量为15mg/l。
56.表1 水处理设备耐腐蚀效果测试结果实验分组缓蚀率/%实施例198.10实施例298.63实施例399.27实施例499.89实施例598.45对实施例1-实施例5制备的水处理剂进行上述测试，结果如表1所示。由表1可知，实施例2与实施例1、实施例4与实施例3相比，缓蚀率有所提升，说明采用含亚磺酰基的聚丙烯酸钠制备的水处理剂对水处理设备具有良好的耐腐蚀效果；实施例3与实施例5相比，缓蚀率也有所增加，说明采用n-(2-羟乙基)丙烯酰胺制备淀粉衍生物，然后将其用于水处理剂的制备，使得该水处理剂对水处理设备也具有良好的耐腐蚀效果；实施例5与实施例1相比，缓蚀率也有所增加，说明聚丙烯酸钠与可溶性淀粉混合使用能进一步提升水处理剂对水处理设备的耐腐蚀效果。
57.3.阻垢效果测试按照《gb/t 16632-2019水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》对碳酸钙垢的阻垢率进行测试，水处理剂用量为15mg/l，其计算公式如下：e=(40.08
×
s1)/s其中，e为钙离子的浓度；40.08为与1ml浓度为1mol/l的edta标准溶液相当的以克表示的钙离子的质量；s1为滴定的时候消耗的edta标准溶液的体积；s为氯化钙标准溶液的体积；n=[(y1-y0)/(0.24-y0)]
×
100%其中，n为阻垢率；y0为未添加水处理剂水样中的钙离子浓度；y1为水处理剂处理后水样中的钙离子浓度。
[0058]
表2 阻垢效果测试结果实验分组阻垢率/%实施例185.43实施例290.06实施例394.19
实施例498.94实施例588.27对实施例1-实施例5制备的水处理剂进行上述测试，结果如表2所示。由表2可知，实施例2与实施例1、实施例4与实施例3相比，阻垢率有所提升，说明采用含亚磺酰基的聚丙烯酸钠制备的水处理剂具有良好的阻垢效果；实施例3与实施例5相比，阻垢率也有所增加，说明采用n-(2-羟乙基)丙烯酰胺制备淀粉衍生物，然后将其用于水处理剂的制备，使得该水处理剂也具有良好的阻垢效果；实施例5与实施例1相比，阻垢率也有所增加，说明聚丙烯酸钠与可溶性淀粉混合使用能进一步提升水处理剂的阻垢效果。
[0059]
4.除氧效果测试将除氧器温度控制在104℃，压力为0.02mpa，向锅炉水中加入水处理剂，加入量为15mg/l，空白组不添加水处理剂，处理24h后，采用溶解氧测定仪测量锅炉水中的溶解氧含量。
[0060]
表3 除氧效果测试结果实验分组溶解氧含量（μg/l）实施例195实施例277实施例361实施例439实施例584空白组650对实施例1-实施例5制备的水处理剂进行上述测试，结果如表3所示。由表3可知，实施例2与实施例1、实施例4与实施例3相比，溶解氧含量有所下降，说明采用含亚磺酰基的聚丙烯酸钠制备的水处理剂具有良好的除氧效果；实施例3与实施例5相比，溶解氧含量也有所降低，说明采用n-(2-羟乙基)丙烯酰胺制备淀粉衍生物，然后将其用于水处理剂的制备，使得该水处理剂也具有良好的除氧效果；实施例5与实施例1相比，溶解氧含量也有所减少，说明聚丙烯酸钠与可溶性淀粉混合使用能进一步提升水处理剂的除氧效果。
[0061]
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
[0062]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种水处理剂，包含：聚丙烯酸盐，所述聚丙烯酸盐包含含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐；异抗坏血酸盐，所述异抗坏血酸盐包含d-异抗坏血酸钠；中和性氨，所述中和性氨包含氨水；及氢氧化钠。2.根据权利要求1所述的一种水处理剂，其特征在于：所述聚丙烯酸盐的分子量为4000-6000。3.根据权利要求1所述的一种水处理剂，其特征在于：所述氨水中氨的浓度为27-30wt%。4.权利要求1所述水处理剂的制备方法，包括：在去离子水中加入氢氧化钠，搅拌均匀，然后加入聚丙烯酸盐，搅拌均匀，放置冷却到室温，再加入异抗坏血酸盐，搅拌均匀，最后加入中和性氨，搅拌均匀，制得水处理剂。5.根据权利要求4所述的水处理剂的制备方法，其特征在于：所述水处理剂中，按重量份计，聚丙烯酸盐的用量为10-15份；异抗坏血酸盐的用量为5-10份；氢氧化钠的用量为10-15份；中和性氨的用量为5-15份；去离子水的用量为45-70份。6.根据权利要求1所述的一种水处理剂，其特征在于：所述含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐的制备方法，包括：采用蒜氨酸与丙烯酸发生接枝共聚反应，然后再采用氢氧化钠溶液调节ph，制得含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐。7.根据权利要求6所述的一种水处理剂，其特征在于：所述蒜氨酸与丙烯酸的摩尔比为：1:1。8.权利要求1-3中任一项所述水处理剂在制备食品级无磷多效锅炉水处理剂中的用途。9.权利要求1-3中任一项所述水处理剂在锅炉水处理中的用途。

技术总结
本发明公开了一种水处理剂，涉及水处理领域。该水处理剂为无磷多效水处理剂，采用含亚磺酰基的聚丙烯酸钠盐为主要成分，并添加适量异抗坏血酸盐、氨水、氢氧化钠、去离子水制备而成；使得水处理剂具有良好的阻垢效果及除氧效果，且可使设备具有良好的耐腐蚀效果；另外，本发明还在水处理剂中添加N-(2-羟乙基)丙烯酰胺接枝改性制得的淀粉衍生物，使得该水处理剂具有更优的阻垢效果及除氧效果，可以进一步提升设备的耐腐蚀效果；且使用该水处理剂后，排水不含磷，无须担心磷的排放问题。无须担心磷的排放问题。无须担心磷的排放问题。


技术研发人员：张清华 周卫华 陈谦 曹绪淮
受保护的技术使用者：杭州尚善若水环保科技有限公司
技术研发日：2023.08.01
技术公布日：2023/9/7