一种反渗透阻垢剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种反渗透阻垢剂及其制备方法 (Reverse osmosis scale inhibitor and preparation method thereof ) 是由 余莉 陈晓青 艾山·玉素莆 宋勇 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种反渗透阻垢剂及其制备方法,主要由以下原料制得：以质量份数计,柠檬酸钠10-15份、水解聚马来酸酐15-25份、聚环氧琥珀酸盐20-25份,丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物10-15份,聚乳酸1-5份,去离子水15-44份。本发明的反渗透阻垢剂对硅垢和钙垢均拥有良好的阻垢性能,阻垢性能高,对环境友好,性质稳定,储存期长,能够保证系统长周期稳定运行。(The invention provides a reverse osmosis scale inhibitor and a preparation method thereof, wherein the reverse osmosis scale inhibitor is mainly prepared from the following raw materials: the adhesive comprises, by mass, 10-15 parts of sodium citrate, 15-25 parts of hydrolyzed polymaleic anhydride, 20-25 parts of polyepoxysuccinic acid salt, 10-15 parts of acrylic acid-2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid copolymer, 1-5 parts of polylactic acid and 15-44 parts of deionized water. The reverse osmosis scale inhibitor disclosed by the invention has good scale inhibition performance on silica scale and calcium scale, is high in scale inhibition performance, environment-friendly, stable in property and long in storage period, and can ensure long-period stable operation of a system.)
技术领域
本发明涉及水处理药剂技术领域，具体而言，涉及一种反渗透阻垢剂及其制备方法。
背景技术
随着膜工艺的进步，反渗透水处理技术已广泛应用于电力、食品、电子、化工行业的给水和污水回用深度处理领域。反渗透膜是除盐水系统中的核心部件，反渗透设备在长期运行过程中，当难溶盐类物质、胶体在膜元件内不断被浓缩且超过其溶解度极限时，它们就会在反渗透膜面上发生结垢，造成膜的污堵，除盐水回收率越高，产生结垢的风险就越大。反渗透(RO)系统中，常见的难溶盐为CaSO4、CaCO3和SiO2，其它可能会产生结垢的化合物为CaF2、BaSO4、SrSO4和Ca3(PO4)2。工业冷却水在循环使用过程中，还会出现不同程度的腐蚀以及藻类滋生等问题，造成换热设备效率下降、甚至是腐蚀穿孔等问题，带来极大的安全隐患。因此防止膜结垢及菌藻滋生在反渗透设备运行中起着至关重要的作用。
为保护反渗透系统，很多企业在进水水源处增加了预处理单元，一般包括絮凝、杀菌、过滤等工艺；但因地下水的使用管控，企业一般采用地表水，甚至有些地域的企业不得不使用中水作为反渗透除盐系统的进水，这些水源成分复杂，金属离子、有机物、微生物含量很高，且水质波动较大，预处理无法满足反渗透系统进水要求，造成反渗透膜迅速污染。
目前采用的技术手段还包括使用阻垢剂抑制结垢，但市面上的反渗透阻垢剂产品性能参差不齐，阻垢性能不佳且性能单一，主要考虑结垢问题。然而浓水中离子浓度比较高，容易滋生菌藻，造成膜污染，阻垢剂则不具备分散、杀菌、剥离等功效，无法满足反渗透系统的安全运行。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种反渗透阻垢剂，该阻垢剂阻垢性能高，适用于高硬水，而且含有杀菌成分，能保障膜不受菌藻滋生，具有抑菌、缓蚀、阻垢多种性能，且具有生产工艺简单、成本低、无毒无害等特点，能够保证反渗透水处理系统长周期稳定运行，延长设备的使用寿命。。
本发明的第二目的在于提供上述反渗透阻垢剂的制备方法，该制备方法操作简单，操作条件温和，无污染，无三废排出，安全环保。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种反渗透阻垢剂，主要由以下原料制得：以质量份数计，柠檬酸钠10-15份、水解聚马来酸酐15-25份、聚环氧琥珀酸盐20-25份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物10-15份，聚乳酸1-5份，去离子水15-44份。
优选的，该反渗透阻垢剂的原料包括：以质量份数计，柠檬酸钠11-13份、水解聚马来酸酐17-22份、聚环氧琥珀酸盐21-23份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物12-14份，聚乳酸2-4份，去离子水24-37份。
优选的，该反渗透阻垢剂的原料包括：以质量份数计，柠檬酸钠12份、水解聚马来酸酐20份、聚环氧琥珀酸盐22份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物13份，聚乳酸3份，去离子水30份。
现有技术中，一般采用在进水水源处增加预处理单元或添加阻垢剂解决反渗透膜结垢的问题，其中，预处理单元一般包括絮凝、杀菌、过滤等工艺；但因地下水的使用管控，企业一般采用地表水，甚至有些地域的企业不得不使用中水作为反渗透除盐系统的进水，这些水源成分复杂，金属离子、有机物、微生物含量很高，且水质波动较大，预处理无法满足反渗透系统进水要求，造成反渗透膜迅速污染；而使用阻垢剂抑制结垢虽然能在一定程度上解决结垢问题，但由于浓水中离子浓度比较高，容易滋生菌藻，造成膜污染，而市面上的反渗透阻垢剂产品性能参差不齐，阻垢性能不佳且性能单一，且不具备分散、杀菌、剥离等功效，无法满足反渗透系统的安全运行。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种反渗透阻垢剂，该反渗透阻垢剂无需引入氯离子等有害离子，阻垢性能高，适用于高硬水，而且含有杀菌成分，能保障膜不受菌藻滋生，具有抑菌、缓蚀、阻垢多种性能，且具有生产工艺简单、成本低、无毒无害等特点。
其中，柠檬酸钠安全无毒，具有生物降解性，对Ca2+、Mg2+、Fe2+等金属离子均具有良好的络合能力，且能够起到pH调节及缓冲的作用；水解聚马来酸酐对碳酸盐仍具有良好的阻垢分散效果，阻垢时间可达100h，对Ba2+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cu2+等离子具有较强的螯合能力，不仅有分散和凝聚作用，还能在无机垢结晶过程中能够干扰晶格的正常排列，从而达到阻垢和防垢的目的；聚环氧琥珀酸能使得金属离子保持较长时间的溶解状态，并且具有螯合多价金属离子的性能，能够改变垢离子分子排列从而抑制垢的形成；聚环氧琥珀酸分子中不含N、P，阻垢效果不受氯浓度的影响，属于绿色环保药剂；丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)是一种良好的阻垢分散剂，由丙烯酸及2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚而成，具有在碱性水溶液中分散铁、锌氢氧化物和碳酸钙、磷酸钙的优良性能，具有磺酸基团，为强酸性基团，能提高聚合物抗阳离子沉淀的能力，稳定锌盐，抑制磷酸盐形成以及对氧化铁有良好的分散能力，特别适合高pH、高碱度、高硬度的水质，是实现高浓缩倍数运行的最理想的阻垢分散剂之一；聚乳酸具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，相容性与可降解性良好。
另外，上述组分间还具有良好的复配作用，如丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物和水解聚马来酸酐相配合，能够提高对固悬物的吸附能力，使固悬物被吸附并分散在水中，从而使胶体无法附着在膜表面，进而控制胶体污染，且具有明显的溶限效应，能够显著增强阻垢和防垢效果；通过聚环氧琥珀酸盐与丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物和水解聚马来酸酐相配合，能够进一步加强阻垢能力，提高阻垢效果；本发明通过应用上述组分，利用各组分间的复配作用，能够保障优良的阻垢效果，对CaCO3、CaSiO3、CaSO4垢都具有优异的阻垢性能，具有杀菌效果，能保障膜不受菌藻滋生，且对环境友好，性质稳定，储存期长，能够保证反渗透膜系统长期稳定运行。
优选的，所述原料还包括葡萄糖酸锌。
优选的，所述葡萄糖酸锌与所述丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的质量比为1:1。
通过添加葡萄糖酸锌，一方面，葡萄糖酸锌能够与水解聚马来酸酐复配，提高其缓释效果，另一方面，还能够与丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物复配，提高其本身的缓释阻垢能力。
本发明还提供了一种上述反渗透阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
S1按质量份将柠檬酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸盐和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物混合，加入一半质量份的去离子水，搅拌溶解至液体为粘稠状；
S2将聚乳酸溶解在一半质量份的去离子水中；
S3将S1步骤制得的物料进行搅拌并滴加S2步骤中制得的溶液；
S4滴加完成后，保温存储，经降温处理后即得反渗透阻垢剂。
优选的，S1步骤的搅拌温度为40-55℃，搅拌时间为2-3h。
优选的，S3步骤中，搅拌温度为70-80℃，滴加时间为5-6h，滴加完成后继续搅拌0.5-1h。
优选的，S4步骤中的保温时间为3-4h。
优选的，所述降温处理包括：将保温存储的混合物降温至20-25℃。
本发明的制备方法操作简单，操作条件温和，无污染，无三废排出，安全环保。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明产品的碳酸钙阻垢效率高达99.4％、投加量少、对环境友好，性质稳定，储存期长，能够保证系统长周期稳定运行；
(2)本发明阻垢剂具备优异的阻硅垢性能，对CaCO3、CaSiO3、CaSO4垢都具有优异的阻垢性能；
(3)该反渗透阻垢剂阻垢性能高，适用于高硬水，而且含有杀菌成分，能保障膜不受菌藻滋生，具有抑菌、缓蚀、阻垢多种性能，且具有生产工艺简单、成本低、无毒无害等特点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
称取以下原料：柠檬酸钠10g、水解聚马来酸酐15g、聚环氧琥珀酸盐20g，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物10g，聚乳酸1g，去离子水44g。
称量完成后，将柠檬酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸盐和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物倒入反应釜混合，加入一半的去离子水，在40℃的温度下，搅拌溶解2h至液体为粘稠状；同时将聚乳酸溶解在一半的去离子水中得到聚乳酸溶液；
然后将反应釜中制得的物料在70℃的温度下进行搅拌，并滴加聚乳酸溶液，控制流速，滴加时间为5h；滴加完成后继续搅拌0.5h，接着将反应釜中的物料保温存储3h，最后将反应釜内物料降温至20℃，即得反渗透阻垢剂。
实施例2
称取以下原料：柠檬酸钠11g、水解聚马来酸酐17g、聚环氧琥珀酸盐21g，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物12g，聚乳酸2g，去离子水37g。
称量完成后，将柠檬酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸盐和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物倒入反应釜混合，加入一半的去离子水，在45℃的温度下，搅拌溶解2h至液体为粘稠状；同时将聚乳酸溶解在一半的去离子水中得到聚乳酸溶液；
然后将反应釜中制得的物料在70℃的温度下进行搅拌，并滴加聚乳酸溶液，控制流速，滴加时间为5h；滴加完成后继续搅拌0.5h，接着将反应釜中的物料保温存储3h，最后将反应釜内物料降温至20℃，即得反渗透阻垢剂。
实施例3
称取以下原料：柠檬酸钠12g、水解聚马来酸酐20g、聚环氧琥珀酸盐22g，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物13g，聚乳酸3g，去离子水30g。
称量完成后，将柠檬酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸盐和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物倒入反应釜混合，加入一半的去离子水，在50℃的温度下，搅拌溶解2.5h至液体为粘稠状；同时将聚乳酸溶解在一半的去离子水中得到聚乳酸溶液；
然后将反应釜中制得的物料在75℃的温度下进行搅拌，并滴加聚乳酸溶液，控制流速，滴加时间为5.5h；滴加完成后继续搅拌1h，接着将反应釜中的物料保温存储3.5h，最后将反应釜内物料降温至22℃，即得反渗透阻垢剂。
实施例4
称取以下原料：柠檬酸钠13g、水解聚马来酸酐22g、聚环氧琥珀酸盐23g，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物14g，聚乳酸4g，去离子水24g。
称量完成后，将柠檬酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸盐和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物倒入反应釜混合，加入一半的去离子水，在55℃的温度下，搅拌溶解3h至液体为粘稠状；同时将聚乳酸溶解在一半的去离子水中得到聚乳酸溶液；
然后将反应釜中制得的物料在80℃的温度下进行搅拌，并滴加聚乳酸溶液，控制流速，滴加时间为6h；滴加完成后继续搅拌1h，接着将反应釜中的物料保温存储4h，最后将反应釜内物料降温至25℃，即得反渗透阻垢剂。
实施例5
称取以下原料：柠檬酸钠15g、水解聚马来酸酐25g、聚环氧琥珀酸盐25g，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物15g，聚乳酸5g，去离子水15g。
称量完成后，将柠檬酸钠、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸盐和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物倒入反应釜混合，加入一半的去离子水，在55℃的温度下，搅拌溶解3h至液体为粘稠状；同时将聚乳酸溶解在一半的去离子水中得到聚乳酸溶液；
然后将反应釜中制得的物料在80℃的温度下进行搅拌，并滴加聚乳酸溶液，控制流速，滴加时间为6h；滴加完成后继续搅拌1h，接着将反应釜中的物料保温存储4h，最后将反应釜内物料降温至25℃，即得反渗透阻垢剂。
实施例6
称取以下原料：柠檬酸钠12g、水解聚马来酸酐20g、聚环氧琥珀酸盐22g，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物13g，聚乳酸3g，葡萄糖酸锌13g，去离子水30g。
称量完成后，将柠檬酸钠、葡萄糖酸锌、水解聚马来酸酐、聚环氧琥珀酸盐和丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物倒入反应釜混合，加入一半的去离子水，在50℃的温度下，搅拌溶解2.5h至液体为粘稠状；同时将聚乳酸溶解在一半的去离子水中得到聚乳酸溶液；
然后将反应釜中制得的物料在75℃的温度下进行搅拌，并滴加聚乳酸溶液，控制流速，滴加时间为5.5h；滴加完成后继续搅拌1h，接着将反应釜中的物料保温存储3.5h，最后将反应釜内物料降温至22℃，即得反渗透阻垢剂。
比较例1
具体操作工艺与实施例3一致，只是不添加丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物。
比较例2
具体操作工艺与实施例3一致，只是不添加水解聚马来酸酐。
比较例3
具体操作工艺与实施例3一致，只是添加聚环氧琥珀酸盐。
比较例4
具体操作工艺与实施例3一致，只是添加丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的量为20g。
比较例5
具体操作工艺与实施例3一致，只是添加水解聚马来酸酐的量为30g。
比较例6
具体操作工艺与实施例3一致，只是添加聚环氧琥珀酸盐的量为30g。
比较例7
具体操作工艺与实施例6一致，只是添加葡萄糖酸锌为5g。
比较例8
具体操作工艺与实施例6一致，只是添加葡萄糖酸锌为20g。
实验例1
将实施例1-6、比较例1-6的反渗透阻垢剂以及市面上单一组分的阻垢剂(只含聚环氧琥珀酸(无锡市瑞赫尔环保科技有限公司)、柠檬酸钠(苏州益聚化工有限公司)或聚天冬氨酸钠(山东远联化工有限公司)的单组分阻垢剂)的阻垢效果进行统计，具体的结果如下表1所示：
表1测试结果
从上表中可以看出，本发明的反渗透专用阻垢剂对硅垢和钙垢都有很好的阻垢性能。其中实施例6的阻垢效果最好，对碳酸钙的阻垢率可以达到98.9％，对二氧化硅的阻垢率达到了96.2％。将实施例3与实施例6相对比，可以发现加入葡萄糖酸锌能够显著提高对碳酸钙和二氧化硅的阻垢性能；将实施例6与比较例7和比较例8相对比，可以看出比较例7的阻垢性能不如实施例6，这说明葡萄糖酸锌的加量低时，对阻垢性能的提升不太明显，而比较例8的阻垢性能与实施例6的阻垢性能差不多，这说明多加入的葡萄糖酸锌并不会更加提高阻垢剂的阻垢性能，只有维持在与丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的比例为1:1时才能在阻垢性能增益最大的情况下节约成本。
将实施例3与比较例1和比较例4进行对比，可以发现当丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的加量过高或过低时均会影响阻垢剂的阻垢性能，因此，只有维持在本发明所限定的比例内才能最大的发挥阻垢性能。
将实施例3与比较例2和比较例5进行对比，可以发现当水解聚马来酸酐的加量过高或过低时均会影响阻垢剂的阻垢性能，因此，只有维持在本发明所限定的比例内才能最大的发挥阻垢性能。
将实施例3与比较例3和比较例6进行对比，可以发现当聚环氧琥珀酸盐的加量过高或过低时均会影响阻垢剂的阻垢性能，因此，只有维持在本发明所限定的比例内才能最大的发挥阻垢性能。
总之，本发明的反渗透阻垢剂对硅垢和钙垢均拥有良好的阻垢性能，阻垢性能高，对环境友好，性质稳定，储存期长，能够保证系统长周期稳定运行。
实验例2：
现场对实施例1-6、比较例1-6的反渗透阻垢剂以及市面上单一组分的阻垢剂(只含聚环氧琥珀酸、柠檬酸钠或聚天冬氨酸钠的单组分阻垢剂)的阻垢剂有效时间进行统计，主要体现在产品生产不同时长下的阻垢效果对比，具体的结果如下表2所示：
表2测试结果
关于阻垢剂有效时间的实验例，由上表结果可以看出，本发明的阻垢剂阻垢周期长，能够长时间发挥阻垢效用。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
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