一种无磷阻垢剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种无磷阻垢剂，按重量百分比包括：50

【技术实现步骤摘要】
一种无磷阻垢剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种无磷阻垢剂及其制备方法，及该无磷阻垢剂在利用膜处理污水中的应用，属于水处理


技术介绍

[0002]反渗透是采用膜分离的水处理技术，利用反渗透原理，采用具有高度选择透过性的反渗透膜，将给水的一部分沿与膜垂直的方向通过膜制成脱盐水，水中的盐类和胶体物质将在膜表面浓缩，剩余一部分给水沿与膜平行的方向将浓缩的物质带走。此法可使水中的无机盐和硬度离子以及有机物、细菌等去除率达到97-98％，反渗透技术因为其环保、节能、高效、操作维护简单、系统性能稳定等特点，其应用越来越广泛。现已被广泛应用于医药、电子、食品、化工等行业纯水制备、废水处理、饮水及饮料、和化工产品的浓缩、回收工艺等多种领域。
[0003]科学家通过仿生学的研究发现，能够有效地分离盐分的膜是一种半透膜，还有盐分的溶液在半透膜侧有渗透现象，渗透现象是由渗透压引起的，反渗透是对含盐水施以外界推动力克服渗透压而使水分子通过膜的逆向渗透过程，承担了主要的脱盐任务。
[0004]为了防止膜内因浓缩导致的离子浓度升高产生的结垢问题，采用高效的阻垢剂进行处理。对于煤矿污水处理厂的高硬、高碱度、高氯化的矿井水，电导率通常10000μs/cm，硫酸盐含量在2000mg/L左右，氯化物在2000mg/L左右。对阻垢剂的阻垢性能要求非常高。而常规药剂在运行过程中易发生膜面的物理与化学污染，进水流道污堵，从而导致系统运行压力及段间压差增加，系统出水量或脱盐率下降，即使进行仔细或频繁地在线化学清洗，有时也无济于事，甚至造成膜元件的提前报废。
[0005]为了确保反渗透系统的经济、安全、平稳运行，除了装置应该设计可靠、配置合理以及运行管理完善周到之外，选择合适的膜系统专用药剂和专业的维保，防止反渗透系统因为原水的不断被浓缩所发生的化学污染至关重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题提供一种无磷阻垢剂及其制备方法，及该无磷阻垢剂在利用膜处理污水中的应用。本专利技术的阻垢剂克服了常规阻垢剂的缺点，尤其适用于利用反渗透膜处理高盐度矿井污水的情况。
[0007]本专利技术的一方面提供了一种无磷阻垢剂，按重量百分比包括：50-85％的树枝状聚合物、5-10％的三元共聚物和余量的水。
[0008]根据本专利技术的优选实施方式，所述无磷阻垢剂中树枝状聚合物的重量百分比为60-75％，优选65-70％。
[0009]根据本专利技术的优选实施方式，所述无磷阻垢剂中三元共聚物的重量百分比为6-9％，优选为7-8％。
[0010]根据本专利技术的优选实施方式，所述树枝状聚合物包括二亚乙基三胺五乙酸和/或
乙烯基二胺四乙酸与聚酰胺胺的反应产物。
[0011]根据本专利技术的优选实施方式，所述树枝状聚合物为二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)连接到聚酰胺胺(PAMAM)树状大分子上，得到的树枝状高分子化合物(DTPA-PAMAM)，DTPA和PAMAM的摩尔比为1：5-1：8，其通过如下方法制备：
[0012]将氯乙酸投入反应釜中，加蒸馏水搅拌溶解，于15℃滴加质量浓度为40％的NaOH溶液，在搅拌下滴加二亚乙基三胺，滴加过程中把温度控制在20℃左右。在冷却和搅拌条件下，缓慢滴加聚酰胺胺(PAMAM)，滴加时控制温度＜40℃。滴加完毕后升温至70-80℃，保温5-6小时。然后升温至回流，浓缩反应混合液，浓缩2-3小时。浓缩结束后，冷却至常温，得到固含量为40-44％的清澈琥珀色液体，即为产物DTPA-PAMAM。
[0013]本专利技术所使用的DTPA-PAMAM树枝状聚合物拥有巨大的内外表面积和巨量终端功能团，可以提供比其它阻垢剂更高的阻垢载荷，使其能控制各种金属离子，有机和无机分子。
[0014]根据本专利技术的优选实施方式，所述三元共聚物包括如下式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式III所示的结构单元：
[0015][0016]其中，M1和M2各自独立地选自氢、金属和含有1-4个碳原子的烷羟基，优选选自氢、碱金属和乙基羟基，更优选选自氢、锂、钾和钠；X选自O和NH，优选为NH；R选自C
1-C6的烷基，优选选自C
1-C4的烷基，更优选选自甲基、乙基、丙基和丁基；a为0-4的整数；b为1-4的整数。
[0017]根据本专利技术的优选实施方式，式I所示的结构单元包括但不限于式(1)所示的结构单元：
[0018][0019]根据本专利技术的优选实施方式，式II所示的结构单元包括但不限于如式(2)、式(3)所示的结构单元：
[0020][0021]根据本专利技术的优选实施方式，式III所示的结构单元包括但不限于如式(4)、式(5)所示的结构单元：
[0022][0023]在一些具体的实施方式中，式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式III所示的结构单元的摩尔比为(1.5-3.0)：(3.5-6.0)：(2.0-4.0)，优选为(2.0-2.5)：(4.0-5.5)：(2.2-2.8)，更优选为2.5：4.8：2.7。
[0024]根据本专利技术的优选实施方式，所述三元共聚物为丙烯酸/丙烯酰胺基丙磺酸/丙烯酸羟丙酯(AA/AMPS/HPA)共聚物。
[0025]本专利技术所用的三元共聚物相比其他共聚物，例如常规的二元共聚物和一元均聚物拥有更好的分散性能，对高矿化度的污水有良好的分散效果，并可以抑制重金属离子对树枝状聚合物的影响。
[0026]在一些实施方式中，所述三元共聚物为单体A、单体B和单体C的聚合产物：
[0027][0028]其中，M
1-M2各自独立地选自氢、金属和含有1-4个碳原子的烷羟基，优选选自氢、碱金属和乙基羟基，更优选选自氢、锂、钾和钠；X选自O和NH，优选为NH；R选自C
1-C6的烷基，优
选选自C
1-C4的烷基，更优选选自甲基、乙基、丙基和丁基；a为0-4的整数；b为1-4的整数。
[0029]在一些具体的实施方式中，所述单体A可以是含有羧酸的不饱和单体及其盐，优选包括丙烯酸。
[0030]在一些具体的实施方式中，所述单体B可以是游离酸形式或作为游离酸的盐形式的丙烯酰胺基丙磺酸。
[0031]在一些具体的实施方式中，所述单体C可以是含有羟基的不饱和单体及其盐，优选包括丙烯酸羟丙酯。
[0032]在一些实施方式中，单体A、单体B和单体C的摩尔比为(1.5-3.0)：(3.5-6.0)：(2.0-4.0)，优选为(2.0-2.5)：(4.0-5.5)：(2.2-2.8)，更优选为2.5：4.8：2.7。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述单体A、单体B和单体C在引发剂和链转移剂的存在下发生共聚反应得到聚合产物。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述引发剂可以是高分子聚合领域已知的常用的引发剂，例如可以选自偶氮类引发剂、过氧化物或过氧酯类引发剂、氧化-还原引发剂中的一种。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无磷阻垢剂，按重量百分比包括：50-85％的树枝状聚合物、5-10％的三元共聚物和余量的水。2.根据权利要求1所述的无磷阻垢剂，其特征在于，所述树枝状聚合物包括二亚乙基三胺五乙酸和/或乙烯基二胺四乙酸与聚酰胺胺的反应产物。3.根据权利要求1或2所述的无磷阻垢剂，其特征在于，所述三元共聚物包括如下式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式III所示的结构单元：其中，M1和M2各自独立地选自氢、金属和含有1-4个碳原子的烷羟基，优选选自氢、碱金属和乙基羟基，更优选选自氢、锂、钾和钠；X选自O和NH，优选为NH；R选自C
1-C6的烷基，优选选自C
1-C4的烷基，更优选选自甲基、乙基、丙基和丁基；a为0-4的整数；b为1-4的整数。4.根据权利要求1-3中任一项所述的无磷阻垢剂，其特征在于，式I所示的结构单元、式II所示的结构单元和式III所示的结构单元的摩尔比为(1.5-3.0)：(3.5-6.0)：(2.0-4.0)，优选为2.5：4.8：2.7。5.根据权利要求1-4中任一项所述的无磷阻垢剂，其特征在于，所述三元共聚物为丙烯酸/丙烯酰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂大刚，王曰锋，洪宇，郎晓政，闫浩，尹新旺，
申请(专利权)人：金瓷科技实业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：