一种环保型钙垢拟制剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环保型钙垢拟制剂及其制备方法，本发明专利技术的环保型钙垢拟制剂羰基二氨基四甲基膦酸用量低(1‑20ppm)、对高钙离子(>4000mg/L)水体阻垢效率高，对硫酸钙垢阻垢率为100％，对碳酸钙垢阻垢率为89％‑95％，且含有酰胺键，相较于其他氨基亚烷基膦酸类化合物更加容易降解，更环保。本发明专利技术方法包括如下步骤：1)将尿素与亚磷酸、蒸馏水混合加热，再加入甲醛溶液继续反应，冷却至室温后减压蒸馏，得到无色产物；2)将步骤1)所得的无色产物与无水乙醇混合搅拌，再静置沉降，过滤上层液，得到粘状物；3)将步骤2)所得的粘状物进行干燥处理，即得到产物环保型钙垢拟制剂。本发明专利技术方法原料廉价易得、合成工艺简单、条件易控制、可操作性好。

【技术实现步骤摘要】
一种环保型钙垢拟制剂及其制备方法
本专利技术涉及环保型钙垢拟制剂的
，具体涉及一种环保型钙垢拟制剂及其制备方法。
技术介绍
目前，钙垢抑制剂主要为氨基亚烷基膦酸类化合物，此类化合物已经被广泛应用于各种领域，如阻垢、污水处理、防腐以及海洋石油钻井助剂、洗涤添加剂、螯合剂等。随着我国油田开发的发展，油田产出水逐渐增多。油田产出水的组成复杂，通常含有多种成垢离子，如钙离子、钡离子、锶离子、碳酸根、碳酸氢根、硫酸根等，使得油田水容易结钙垢，垢会堵塞地面管线及岩石孔隙，降低地层渗透率，给油田正常生产带来很大困难，严重影响原油的生产。现有技术中，专利CN101337744B、CN100509652C公开了一种无磷缓蚀阻垢剂，但因合成方法繁琐，且仅对砷等重金属离子存在较好阻垢作用，未能在油田水处理中得到应用。专利CN1438185A、CN101172718B、CN100575391C均表明采用环氧琥珀酸作共聚单体，可使相应共聚物阻垢剂对CaCO3、CaSO4有较好的阻垢作用，但以上专利所述阻垢剂对Ca2+浓度高于2000mg·L-1的水体则不适用。孙亚杰、朱传方、李中华等应用亚磷酸、甲醛和二乙撑三胺合成二乙撑三胺五甲撑基膦酸(唐晖,李红,张惠荣,等.DETAPP在低温磷化工艺中的作用[J].表面技术,2000,29(1):17-18)。赵夏冰、尹晓爽、杨文忠等以三乙烯四胺、四乙烯五胺、亚磷酸、甲醛、浓盐酸等合成了新型水处理剂三乙烯四胺六亚甲基膦酸(TETHMP)和四乙烯五胺七亚甲基膦酸(TEPHMP)(赵夏冰,尹晓爽,杨文忠.亚甲基膦酸型水处理剂对硫酸锶阻垢性能的研究[J].工业水处理,2015,35(12):22-25.)。上述阻垢剂不易降解，会给环境造成“二次污染”。因此研发适宜于油气田的环境友好、易降解、抑制效果佳的钙垢阻垢剂，成为亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
的不足，而提供一种环保型钙垢拟制剂-羰基二氨基四甲基膦酸，该环保型钙垢抑制剂可有效抑制钙垢，易降解、环境友好；此外，还提供了上述环保型钙垢拟制剂的制备方法。为实现上述第一专利技术目的，本专利技术提供了一种环保型钙垢拟制剂，该环保型钙垢抑制剂为羰基二氨基四甲基膦酸，所述环保型钙垢拟制剂的结构式如下：。为实现上述第二专利技术目的，本专利技术还提供了一种上述环保型钙垢拟制剂的制备方法，包括如下步骤：1)将尿素与亚磷酸、蒸馏水混合加热，再加入甲醛溶液继续反应，冷却至室温后减压蒸馏，得到无色产物；2)将步骤1)所得的无色产物与无水乙醇混合搅拌，再静置沉降，过滤上层液，得到粘状物；3)将步骤2)所得的粘状物进行干燥处理，即得到产物环保型钙垢拟制剂。上述技术方案中，所述步骤1)中，尿素与亚磷酸的摩尔比为1：4-6。作为优选方案地，所述步骤1)中，尿素与亚磷酸的摩尔比为1：4。上述技术方案中，所述步骤1)中，混合加热过程中还添加有还原剂，所述还原剂选自次磷酸、盐酸；所述尿素与还原剂的摩尔比为1：0.2-2。作为优选实施方式地，所述步骤1)中，混合加热过程中还添加有还原剂，所述还原剂选自盐酸；所述尿素与还原剂的摩尔比为1：2。上述技术方案中，所述步骤1)中，甲醛溶液中甲醛的质量百分数为35％-37％，所述尿素与甲醛的摩尔比为1：4-5。作为优选实施方式地，所述步骤1)中，甲醛溶液中甲醛的质量百分数为35％-37％，所述尿素与甲醛的摩尔比为1：4.5。上述技术方案中，所述步骤1)中，尿素与蒸馏水的固液比为1：2-4(g/mL)。上述技术方案中，所述步骤1)中，尿素与亚磷酸、蒸馏水混合加热具体为在温度为90-120℃的条件下后加热20-40min。上述技术方案中，所述步骤1)中，加入甲醛溶液继续反应的时间为4-6h。上述技术方案中，所述步骤2)中，无色产物与无水乙醇的固液比为1：5-7(g/mL)。上述技术方案中，所述步骤2)中，静置沉降的时间为3-5h。上述技术方案中，所述步骤3)中，干燥处理具体为在温度为40-60℃的条件下干燥20-25h。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：其一，本专利技术采用尿素、甲醛和亚磷酸作为反应物，尿素的胺基与甲醛、亚磷酸在含水介质中于90-120℃下反应，生成氨基亚甲基膦酸基团(-N-CH2-PO3H2)，脲上的胺基与甲醛反应，将甲醛上的羰基转化成羟基，然后被膦酸基团取代释放出水分子，得到含有酰胺键环保型钙垢拟制剂-羰基二氨基四甲基膦酸，相较于其他氨基亚烷基膦酸类化合物更加容易降解，降低了对环境污染。经过实验证明，本专利技术的环保型钙垢拟制剂对碳酸钙垢的阻垢率为100％，对硫酸钙垢的阻垢率为89％-95％。其二，本专利技术的制备方法的原料简单易得、合成工艺简单、条件易控制、可操作性高。附图说明图1为本专利技术所制备的环保型钙垢拟制剂的红外光谱图；具体实施方式下面结合实施例详细说明本专利技术的实施情况，但它们并不构成对本专利技术的限定，仅作举例而已。同时通过说明本专利技术的优点将变得更加清楚和容易理解。实施例1将3.750g尿素装入配有冷凝器和磁力搅拌器的250mL三颈圆底烧瓶中，并向其中加入20.500g亚磷酸(其中，尿素与亚磷酸的摩尔比为1:4)，然后加入10.000g蒸馏水，将混合物加热至110℃后并恒温30min，加入23.310克37％甲醛溶液(尿素与甲醛的摩尔比为1：4.5)，反应5h，冷至室温后减压蒸馏除甲醛和水。将所得粘稠状无色产物倒入容量250mL烧杯中，加100mL无水乙醇(无色产物与无水乙醇的固液比为1：5g/mL)，匀速搅拌30min，得白色粘性物，静置沉降4h。去除上层无色液体，将下部粘状物在50℃下干燥24h，得到克白色粘性固状物，其中浓度为1％产品溶液pH值为1.70。对实施例1中所合成的样品进行了硫酸钙垢阻垢效果评价。根据NACE标准TM0374-2001方案制备盐水。含钙盐水组成为：7.50g/LNaCl；11.10g/LCaCl2.2H2O，含硫酸盐盐水组成为：7.50g/LNaCl；10.66g/LNa2SO4。测试在71±1℃的温度下运行24h。使用EriochomeBlackT指示剂通过EDTA滴定测定沉淀前后钙离子的浓度，实验结果显示：在钙离子浓度为5304ppm时，仅加入3ppm所合成环保型钙垢拟制剂，阻垢率可以达到100％。对实施例1所合成的样品进行了碳酸钙垢阻垢效果评价。根据NACE标准TM0374-2001制备盐水。含钙盐水组成为：12.15g/LCaCl2.2H2O；3.68g/LMgCl2.6H2O；33.0g/LNaCl；而含碳酸氢盐的盐水组合物为：7.36g/LNaHCO3；33.0g/LNaCl。测试在71±1℃的温度下运行24h。使用EriochomeBlackT指示剂通过EDTA滴定测定沉淀前后的钙离子浓度变化。实验结果显示：在钙离子浓度为4200ppm时，仅加入15ppm所合成环保型钙垢拟制剂，阻垢率可以达到95％。实施例2将3.750g尿素装入配有冷凝器和磁力搅拌器的250mL三颈圆底烧瓶中，并向其中加入21.525g亚磷酸(其中，尿素与亚磷酸的摩尔比为1:4.2)，然后加入1.650g50％的次磷酸溶液(尿素与次磷酸的摩尔比为1:0.2)和8.000g蒸馏水，将混合物加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保型钙垢拟制剂，其特征在于，该环保型钙垢抑制剂为羰基二氨基四甲基膦酸，所述羰基二氨基四甲基膦酸的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种环保型钙垢拟制剂，其特征在于，该环保型钙垢抑制剂为羰基二氨基四甲基膦酸，所述羰基二氨基四甲基膦酸的结构式如下：2.一种根据权利要求1所述的环保型钙垢拟制剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将尿素与亚磷酸混合加热，再加入甲醛溶液继续反应，冷却至室温后减压蒸馏，得到无色产物；2)将步骤1)所得的无色产物与无水乙醇混合搅拌，再静置沉降，过滤上层液，得到粘状物；3)将步骤2)所得的粘状物进行干燥处理，即得到产物环保型钙垢拟制剂。3.根据权利要求2所述的环保型钙垢拟制剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，尿素与亚磷酸的摩尔比为1：4-6。4.根据权利要求3所述的环保型钙垢拟制剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，混合加热过程中还添加有还原剂，所述还原剂选自次磷酸、盐酸；所述尿素与还原剂的摩尔比为1：0.2-2。5.根据权利要求4所述的环保型钙垢拟制剂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐善法，穆萨，王鹏华，郑雅慧，杨曦，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42