无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM及其制备方法技术

本发明专利技术属于水处理药剂领域，具体涉及一种无磷反渗透阻垢剂PER‑PAMAM及其制备方法。季戊四醇与丙烯腈在碱性环境下进行迈克尔加成反应，迈克尔加成反应产物再与醇类化合物在酸性条件下进行酯化反应，酯化反应产物与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到1.0代阻垢剂PER‑PAMAM；1.0代阻垢剂PER‑PAMAM与不饱和脂肪酸酯在有机溶剂下进行反应；反应产物再与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到2.0代阻垢剂PER‑PAMAM。本发明专利技术药剂用量少且不含磷，避免造成严重的菌藻滋生问题；对CaCO3、CaSiO3垢都具有优异的阻垢性能；本发明专利技术还提供其制备方法，整个生产过程无三废排放。

Phosphorus-free reverse osmosis scale inhibitor PER-PAMAM and its preparation method

The invention belongs to the field of water treatment agents, in particular to a phosphorus-free reverse osmosis scale inhibitor PER PAMAM and a preparation method thereof. Pentaerythritol reacts with acrylonitrile in alkaline environment by Michael addition reaction. The product of Michael addition reaction reacts with alcohols in acidic condition. The product of esterification reacts with diamines in organic solvents to obtain 1.0 generation scale inhibitor PER PAMAM; 1.0 generation scale inhibitor PER PAMAM reacts with unsaturated fatty acid esters in organic solvents. The reaction product reacted with diamine compounds in organic solvents to obtain 2.0 generation scale inhibitor PER PAMAM. The invention has low dosage of reagent and no phosphorus, avoids serious bacterial and algae breeding problem, has excellent scale inhibition performance for CaCO3 and CaSiO3 scales, and also provides a preparation method, which has no three wastes discharged in the whole production process.

【技术实现步骤摘要】
无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM及其制备方法
本专利技术属于水处理药剂领域，具体涉及一种无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM及其制备方法。
技术介绍
众所周知，水资源的污染和匮乏严重制约着我国的可持续发展。随着经济社会的不断发展，循环冷却水在工业用水中占很大比例，因此冷却水的循环使用成为节约用水的主要途径。由于工业冷却水的循环使用，随着水分不断蒸发、浓缩，水中Ca2+、Mg2+、CO32-、SO42-和硅酸盐等无机离子浓度逐渐增大，难溶性盐和水垢的大量沉积影响反渗透膜的工作效率和使用寿命。在无机垢中，二氧化硅和硅酸盐的沉积是令人极其头疼的难题。由于硅垢质地坚硬，一旦形成就很难去除。虽然加入氢氟酸虽可以有效去除硅垢，但此法会严重减少反渗透膜的使用寿命，对工业生产带来极大的不利。近年来，阻垢剂具有良好的协同效应、阻垢性能及对环境污染小等优点而得到广泛的应用，为了减少硅垢的形成，向循环冷却水中添加阻垢剂无疑是简单高效、绿色廉价的阻垢方法。但是，市场中常见的阻垢剂大多含磷，大规模的使用造成水体的富营养化，破坏环境。中国专利CN101352655公开的反渗透膜阻垢剂各组分按重量百分比为：有机膦酸25～50％，磺酸盐共聚物20～40％，pH值调节剂5～15％，其余为去离子水。中国专利CN102167451A公开的反渗透膜阻垢剂各组分按重量百分比为：聚环氧琥珀酸钠5～15％，聚天冬氨酸钠5～15％，聚马来酸3～10％，2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸1～5％，己二胺四甲基磷酸六钾盐，己二胺为核的聚酰胺胺8～15％，其余为水。这些阻垢剂能有效控制硅垢和钙垢，但是含有有机膦酸盐，膦酸盐易水解，会造成水体富营养化，带来环境污染的问题。中国专利CN102585196A公开了阻垢缓蚀剂聚环氧琥珀酸钠的合成方法，聚环氧琥珀酸钠能很好的控制钙垢，但对硅垢的阻垢效果并不理想。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM，与传统的有机膦酸(盐)阻垢剂相比，该药剂投加量低、不含磷，不存在浓水排放磷超标问题，也不对膜内微生物提供营养，避免造成严重的菌藻滋生问题；对CaCO3、CaSiO3垢都具有优异的阻垢性能；本专利技术还提供其制备方法，整个生产过程无“三废”排放，具有很好的经济效益和广泛的社会效益。本专利技术所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM，季戊四醇与丙烯腈在碱性环境下进行迈克尔加成反应，迈克尔加成反应产物再与醇类化合物在酸性条件下进行酯化反应，酯化反应产物与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到1.0代阻垢剂PER-PAMAM。季戊四醇的分子结构中含有四个羟基官能团，结构完全对称，非常适于构筑树状大分子。目前以季戊四醇及其衍生物为核心的新型树状大分子硅垢阻垢剂的研究比较少。与传统的有机膦酸(盐)阻垢剂相比，该药剂用量更少且不含磷，不存在浓水排放磷超标问题。其中：季戊四醇与丙烯腈的摩尔比为1:4-1:7；迈克尔加成反应产物与醇类化合物的摩尔比为1:8-1:12；酯化反应产物与二胺类化合物的摩尔比为1：14-1：18。优选地，1.0代阻垢剂PER-PAMAM与不饱和脂肪酸酯在有机溶剂下进行反应；反应产物再与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到2.0代阻垢剂PER-PAMAM。2.0代与1.0代相比，2.0代阻垢剂含有更多的胺基端基，阻垢性能更好。1.0代阻垢剂PER-PAMAM与不饱和脂肪酸酯的摩尔比为1:22-1:28，反应产物与二胺类化合物的摩尔比为1:30-1:36。其中：迈克尔加成反应是在金属氢氧化物水溶液与有机溶剂的两相体系中进行；其中：金属氢氧化物为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物；碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钾或氢氧化钠；碱土金属氢氧化物为氢氧化钙、氢氧化锶或氢氧化钡；有机溶剂为支链或非支链的烷烃、烷基取代的芳族溶剂、与水不混溶或部分混溶的醇或醚中的一种或多种，优选地，有机溶剂为甲醇、乙醇、丁二醇、苯、甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环、乙醚、四氢呋喃、二氯甲烷或三乙醇胺中的一种或多种。采用此种两相体系，能够抑制丙烯腈的副反应。迈克尔加成反应温度为0℃至70℃，时间为10到12小时；酯化反应温度为50℃至90℃，时间为2到6小时。醇类化合物为甲醇、乙醇或丙醇；二胺类化合物为乙二胺、丙二胺或丁二胺。不饱和脂肪酸酯为丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯，含有不饱和键和酯基，既能进行迈克尔加成又能发生酰胺化反应。本专利技术所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM的制备方法，所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM的制备方法，季戊四醇与丙烯腈在碱性环境下进行迈克尔加成反应，迈克尔加成反应产物再与醇类化合物在酸性条件下进行酯化反应，酯化反应产物与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到1.0代阻垢剂PER-PAMAM。优选地，本专利技术所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM的制备方法，包括以下步骤：(1)季戊四醇与丙烯腈在金属氢氧化物水溶液与有机溶剂的两相体系中进行迈克尔加成反应，控制整个体系的pH在8-10；(2)步骤(1)得到的反应产物与醇类化合物混合，通入HCl气体，pH值为2-3，进行酯化反应；(3)步骤(2)得到的反应产物与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到1.0代阻垢剂PER-PAMAM；(4)1.0代阻垢剂PER-PAMAM与不饱和脂肪酸酯在有机溶剂下进行反应；(5)步骤(4)得到的反应产物与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应；得到2.0代阻垢剂PER-PAMAM。更优选地，本专利技术所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM的制备方法，包括以下步骤：(1)将季戊四醇与丙烯腈按1:4-1:7的摩尔比加入到三口烧瓶中用40％的KOH水溶液创造碱性环境，以1,4-二氧六环为溶剂，控制整个体系的pH在8-10，室温反应10到12小时，提纯，得到中间产物四腈。(2)取中间产物四腈与甲醇按1:8-1:12的摩尔比加入四口烧瓶中，通入HCl气体，pH值2-3，在50℃至90℃反应2到6小时，提纯，得到0.5代PER-PAMAM阻垢剂。(3)取0.5代PER-PAMAM阻垢剂和乙二胺按1：14-1：18的摩尔比加入三口烧瓶中，甲醇为溶剂，在室温下反应10到12小时，提纯，得到1.0代PER-PAMAM阻垢剂。(4)取1.0代PER-PAMAM阻垢剂与丙烯酸甲酯按1:22-1:28的摩尔比加入三口烧瓶中，甲醇为溶剂，在室温下反应10到12小时，提纯，得到1.5代PER-PAMAM阻垢剂。(5)取1.5代PER-PAMAM阻垢剂与乙二胺按1:30-1:36的摩尔比加入三口烧瓶中，甲醇为溶剂，在室温下反应10到12小时，提纯，得到2.0代PER-PAMAM阻垢剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术提供一种新型无磷环保的绿色反渗透阻垢剂，有1.0代阻垢剂PER-PAMAM和2.0代阻垢剂PER-PAMAM，均是一种新型的聚酰胺-胺树状大分子阻垢剂，用于水质的阻垢处理，与传统的有机膦酸(盐)阻垢剂相比，该药剂用量更少且不含磷，可生物降解，不存在浓水排放磷超标问题，也不对膜内微生物提供营养，避免造成严重的菌藻滋生问题。(2)本专利技术阻垢剂除了对钙垢等这些常规垢具有优异的阻垢性能外，还具备更优异的阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无磷反渗透阻垢剂PER‑PAMAM，其特征在于：季戊四醇与丙烯腈在碱性环境下进行迈克尔加成反应，迈克尔加成反应产物再与醇类化合物在酸性条件下进行酯化反应，酯化反应产物与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到1.0代阻垢剂PER‑PAMAM。

【技术特征摘要】
1.一种无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM，其特征在于：季戊四醇与丙烯腈在碱性环境下进行迈克尔加成反应，迈克尔加成反应产物再与醇类化合物在酸性条件下进行酯化反应，酯化反应产物与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到1.0代阻垢剂PER-PAMAM。2.根据权利要求1所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM，其特征在于：季戊四醇与丙烯腈的摩尔比为1:4-1:7；迈克尔加成反应产物与醇类化合物的摩尔比为1:8-1:12；酯化反应产物与二胺类化合物的摩尔比为1：14-1：18。3.根据权利要求1所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM，其特征在于：1.0代阻垢剂PER-PAMAM与不饱和脂肪酸酯在有机溶剂下进行反应；反应产物再与二胺类化合物在有机溶剂下进行反应，得到2.0代阻垢剂PER-PAMAM。4.根据权利要求3所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM，其特征在于：1.0代阻垢剂PER-PAMAM与不饱和脂肪酸酯的摩尔比为1:22-1:28，反应产物与二胺类化合物的摩尔比为1:30-1:36。5.根据权利要求1所述的无磷反渗透阻垢剂PER-PAMAM，其特征在于：迈克尔加成反应是在金属氢氧化物水溶液与有机溶剂的两相体系中进行；其中：金属氢氧化物为碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物；碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钾或氢氧化钠；碱土金属氢氧化物为氢氧化钙、氢氧化锶或氢氧化钡；有机溶剂为甲醇、乙醇、丁二醇、苯、甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环、乙醚、四氢呋喃、二氯甲烷或三乙醇胺中的一种或多种。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张曙光，史菲菲，赵长林，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37