[发明专利]一种水处理阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型水处理阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种含氟阳离子羧酸聚合物水溶液的新型水处理阻垢缓蚀剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，社会用水量的急剧增加，节约用水，提高水资源的利用率已是当务之急，特别是我国的淡水资源比较匮乏，使得任务更加艰巨。许多重工业大型企业、火力发电企业是工业用水的大户，加强水资源的管理，提高循环水管理水平，节约用水是必然的发展趋势。然而，水资源的循环利用，浓缩倍数的提高要求必须采用适当的水处理技术，以解决热力设备的结垢及腐蚀损坏，更重要的是它会导致设备无法正常运作，直接制约着机组安全、经济运行，严重将会给企业带来重大损失。目前现有的最常用的阻垢缓蚀剂是有机磷酸型，磷排放将引起周围水域的营养化而可能造成赤潮。在欧美、日本等一些国家，已提出禁磷措施，如德国要求磷排放≤1mg·L^-1。以绿色水处理剂的概念重新评价现有阻垢缓蚀剂的作用和性能，它们的使用将受到限制，在不久的将来必将以无磷、可生物降解的高效新型绿色阻垢缓蚀剂所取代，这也是21世界水处理剂的发展方向。

聚丙烯酸具有不错的阻垢性能，有机阳离子也具有不错的缓蚀效果，而有机含氟聚合物具有“三高”“两憎”，即高表面活性、高耐热稳定性以及高化学稳定性；它的含氟烃基既憎水又憎油。利用有机阳离子在管道表面的化学吸附，利用C-F键的特性有效降低管道内的垢类在管道上的沉积，在管道表面形成三层有效的保护层，很好的抑制管道中的腐蚀；同时羧酸对循环水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子的螫合作用，有效地降低钙垢、镁垢的形成，提高了阻垢效果。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有水处理阻垢缓蚀剂存在的不足而提供一种含氟阳离子羧酸聚合物水溶液的新型水处理阻垢缓蚀剂。本发明的另一目的是提供上述新型结构的阻垢缓蚀剂的制备方法，本发明还有个目的是提供上述新型水处理阻垢缓蚀剂在热力设备结垢及腐蚀的循环水处理中的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水处理阻垢缓蚀剂，其特征在于为含氟阳离子羧酸聚合物的水溶液，其中含氟阳离子羧酸聚合物的结构通式为：

其中：R₁：H或CH₃；R₂：COOH、CONH₂；R₃：C₁～C₂烷基或C₂醇胺；

Rf：碳原子数1～6的氟代烷基；n：100～1000；X：Cl

上述阻垢缓蚀剂为含氟阳离子羧酸聚合物的水溶液，其中聚合物占溶液总量的重量百分比为20-50％，水占溶液总量的重量百分比为50-80％。

本发明还提供了上述阻垢缓蚀剂的制备方法，其步骤为：

A.有机加成反应：把丙烯酸含氟酯、氯丙烯和丙烯酸或者丙烯酰胺加入到含有溶剂的反应器中，然后加入催化剂和引发剂，加热反应，搅拌，冷凝回流，制得含氟聚合物；

B.季铵化反应：在上述步骤中制得的含氟聚合物，控制反应温度，投加季铵化试剂进行季铵化反应，制得透明棕红色含氟阳离子羧酸聚合物溶液。

两步反应方程式为：

1.有机加成反应

2.季铵化反应

其中：R₁：H或CH₃；R₂：COOH、CONH₂；R₃：C₁～C₂烷基或C₂醇胺

Rf：碳原子数1～6的氟代烷基；n：100～1000；X：Cl

步骤A中优选丙烯酸含氟酯为甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯；所述的催化剂为NaOH、KOH或CH₃CH₂ONa；所述的引发剂为H₂O₂或(CH₃)₂CNCN＝NCCN(CH₃)₂；所述的季铵化试剂为三甲胺、三乙醇胺或三乙胺；所述的溶剂为蒸馏水。