硅垢阻垢剂及其制备方法与流程

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种硅垢阻垢剂及其制备方法。

背景技术：

1、目前，在工业水回用深度处理系统方面，由于原水的不断循环和浓缩，水中ca2+、mg2+、cl-、so42-、sio32-等离子不断积聚，常常导致膜系统、蒸发结晶器结垢污堵，进而引起膜系统产水率、脱盐率和结晶蒸发器换热效率下降，以及换热管堵塞、设备腐蚀加快等一系列危害。

2、水中垢积物主要含有碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、碳酸镁和硅酸镁等组分，现有阻垢剂一般通过抑制垢晶体沉积生长来达到阻垢目的。水中的碳酸盐垢、硫酸盐垢等质地较疏松，容易去除，但是硅垢的形成较为复杂，形成过程分为内因和外因。内因主要指溶液中存在各种形态的硅，外因是各种条件下过饱和析出的硅垢沉淀。当体系中存在各种形态的硅以及ca2+、mg2+、co32-、so42-时，硅垢更容易形成，形成过程可以包括：(1)循环过程：各种离子浓缩增大达到过饱和产生硅酸钙和硅酸镁的沉淀，这些已经形成的微小颗粒又会成为成核中心，加速沉淀过程，形成坚硬密实的硅垢。(2)浓缩过程：浓缩形成的碳酸钙和氢氧化镁等沉淀型水垢，可以为硅酸垢提供晶核中心，从而促进混合型水垢的形成。(3)胶体析出：高盐分及ph和压力的降低，使得二氧化硅胶体可能析出，形成无定型或者聚合态硅酸沉淀。(4)工业生产装置压力骤降时，硅酸盐等物质最容易沉积，形成硅垢。

3、硅垢一旦形成便很难除去，对系统的危害性更高。工业水回用深度处理系统中常见的硅垢一般分为两种：一种是无定形态的胶体硅，其在水中大多是以分子聚合态或颗粒附着态形式存在；另一种是硅酸盐垢，常见的有casio3、mgsio3垢等，其垢体结构致密，质地坚硬，形成后附着在膜表面上或蒸发结晶管道上很难去除，只能通过氢氟酸进行酸洗。

4、为预防硅垢的形成，一方面是在预处理过程中尽量降低进水的硅含量，另一方面是通过添加阻垢剂来减少或防止硅垢的产生。投加阻垢剂不仅能从根本上减缓结垢，而且还能有效节约水资源、延长设备运行使用寿命。目前市面上多使用胺类、羧酸类、醚类、磺酸类聚合物以及树枝状大分子等提高硅的溶解度，减少结垢。但通常添加量足够大才能达到好的阻垢效果，这在一定程度上降低了经济可行性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的有机聚合物阻垢剂在较低的用量范围内阻垢效果不佳的问题，提供了一种硅垢阻垢剂及其制备方法，该硅垢阻垢剂由三元共聚物和聚环氧琥珀酸复配得到，所述三元共聚物含有醚键、羧基、磺酸基和酰胺基团，对水处理系统中的硅垢具有良好的阻垢性能，所述硅垢阻垢剂在较低的用量水平下具有良好的阻垢性能。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种硅垢阻垢剂，该硅垢阻垢剂含有三元共聚物和聚环氧琥珀酸，其中，所述三元共聚物包括第一结构单元、第二结构单元和第三结构单元，所述第一结构单元由聚乙二醇提供，所述第二结构单元由n-叔丁基丙烯酰胺提供，所述第三结构单元由丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物提供。

3、优选地，所述三元共聚物的重均分子量为500-20000，更优选为800-20000。

4、优选地，在所述三元共聚物中，所述第一结构单元、所述第二结构单元和所述第三结构单元的摩尔比为(1-20)：(20-200)：1，更优选为(1-10)：(20-150)：1。

5、优选地，所述聚乙二醇的重均分子量为200-1500，更优选为400-1200。

6、优选地，所述丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的重均分子量为800-2000，更优选为1000-2000。

7、优选地，所述三元共聚物与所述聚环氧琥珀酸的重量比为1-10：1，更优选为1-5：1。

8、本发明第二方面提供了一种硅垢阻垢剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

9、(1)在引发剂和液碱的存在下，将聚乙二醇和n-叔丁基丙烯酰胺进行聚合反应；

10、(2)将步骤(1)的反应产物与丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物进行聚合反应；

11、(3)将步骤(2)的反应产物与聚环氧琥珀酸混合。

12、优选地，所述聚乙二醇、所述n-叔丁基丙烯酰胺和所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物的用量摩尔比为(1-20)：(20-200)：1，更优选为(1-10)：(20-150)：1。

13、优选地，在步骤(1)中，所述聚合反应的条件包括：温度为50-150℃、时间为2-8h，ph值为8-11。

14、优选地，所述聚乙二醇的重均分子量为200-1500，更优选为500-1200。

15、优选地，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸铵-亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钠中的至少一种。

16、优选地，在步骤(2)中，所述聚合反应的条件包括：温度为20-100℃、时间为0.5-6h。

17、优选地，所述丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的重均分子量为800-2000，更优选为1000-1800。

18、优选地，在步骤(3)中，所述三元共聚物与所述聚环氧琥珀酸的用量重量比为1-10：1，更优选为1-5：1。

19、本发明所述的硅垢阻垢剂中，所述三元共聚物含有醚键、羧基、磺酸基和酰胺基团，能够在水处理过程中发挥各官能团的协同作用，提高溶液中的溶解硅的浓度，对硅垢抑制效果较好。同时，所述硅垢阻垢剂通过将所述三元共聚物与聚环氧琥珀酸复配，进一步提高其阻垢性能，有利于实现系统的稳定运行。在水处理过程中，相较于现有技术，本发明所述的硅垢阻垢剂用量较少、阻垢效果显著，相比于现有技术，能够在较低的用量下实现良好的阻垢效果，且加药不受装置运行影响，可保证系统稳定运行，减少装置停车。

技术特征：

1.一种硅垢阻垢剂，其特征在于，该硅垢阻垢剂含有三元共聚物和聚环氧琥珀酸，其中，所述三元共聚物包括第一结构单元、第二结构单元和第三结构单元，所述第一结构单元由聚乙二醇提供，所述第二结构单元由n-叔丁基丙烯酰胺提供，所述第三结构单元由丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物提供。

2.根据权利要求1所述的硅垢阻垢剂，其特征在于，所述三元共聚物的重均分子量为500-20000，优选为800-20000。

3.根据权利要求1或2所述的硅垢阻垢剂，其特征在于，在所述三元共聚物中，所述第一结构单元、所述第二结构单元和所述第三结构单元的摩尔比为(1-20)：(20-200)：1，优选为(1-10)：(20-150)：1；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的硅垢阻垢剂，其特征在于，所述三元共聚物与所述聚环氧琥珀酸的重量比为1-10：1，优选为1-5：1。

5.根据权利要求1或4所述的硅垢阻垢剂，其特征在于，所述聚环氧琥珀酸的重均分子量为400-1500，优选为500-1500。

6.一种硅垢阻垢剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚乙二醇、所述n-叔丁基丙烯酰胺和所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物的用量摩尔比为(1-20)：(20-200)：1，优选为(1-10)：(20-150)：1。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述聚合反应的条件包括：温度为50-150℃、时间为2-8h，ph值为8-11；

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述聚合反应的条件包括：温度为20-100℃、时间为0.5-6h；

10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述三元共聚物与所述聚环氧琥珀酸的用量重量比为1-10：1，优选为1-5：1。

技术总结
本发明涉及水处理技术领域，公开了一种硅垢阻垢剂及其制备方法。该硅垢阻垢剂含有三元共聚物和聚环氧琥珀酸，其中，所述三元共聚物包括第一结构单元、第二结构单元和第三结构单元，所述第一结构单元由聚乙二醇提供，所述第二结构单元由N‑叔丁基丙烯酰胺提供，所述第三结构单元由丙烯酸‑2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸共聚物提供。所述三元共聚物含有醚键、羧基、磺酸基和酰胺基团，能够在水处理过程中发挥各官能团的协同作用，提高溶液中的溶解硅的浓度，对硅垢抑制效果较好。同时，所述硅垢阻垢剂通过将所述三元共聚物与聚环氧琥珀酸复配，进一步提高其阻垢性能，有利于实现系统的稳定运行。

技术研发人员：洪宇,沈彦芹,马琴,田浩,罗瑱,张永宁,赵焰,暴彦慧
受保护的技术使用者：国能水务环保有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10