[发明专利]一种绿色环保阻垢剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种绿色环保阻垢剂及其应用，更具体涉及一种由马来酸酐和多羧基氨基酸制备得到阻垢剂。

背景技术

近年来，随着世界性水资源危机的不断加剧，合理地用水及水的回用已经成为工业发展的重要课题。水的循环使用使水质逐渐恶化，加剧了设备的结垢，影响热的传导，甚至有可能引起爆炸事故，造成巨大的经济损失，所以向循环水中投加阻垢剂是防止结垢的方法之一。我国阻垢剂产品经过一段时间的发展，已经取得了明显进步，特别是聚合物阻垢剂发展更为迅速，一直是水处理领域研究的热点。目前市场上的阻垢剂主要有天然聚合物阻垢剂、磷(膦)酸类阻垢剂、磺酸类阻垢剂、羧酸类阻垢剂和环境友好型聚合物阻垢剂等。环境友好型聚合物阻垢剂又称为绿色阻垢剂，是一类具有良好阻垢效果又几乎不污染环境的水溶性高分子聚合物。目前国内研究最多的产品有聚天冬氨酸(PASP)和聚环氧琥珀酸钠(PESA)。不过PASP和PESA对磷酸钙的阻垢效果不是很理想，并且对碳酸钙的阻垢在低药剂量下效果也不是很理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化合物用作绿色高效的阻垢剂，具有无磷、可生物降解并在低药剂质量浓度下适用于高酸碱、高硬水系统等特点。

本发明目的是通过下述方式实现的。

一种绿色环保阻垢剂，具有式I所示化合物的结构式：

式I

n在2-50之间，m等于1或2。

本发明的应用在于将式I所示结构的化合物用于作为阻垢剂的有效成分。

所述阻垢剂的应用pH值范围为6-9。

所述阻垢剂中的式I化合物的质量浓度为1-14mg/L。

本发明以马来酸酐，谷氨酸或天冬氨酸为原料，经过三个步骤：第一步，马来酸酐与谷氨酸或天冬氨酸发生酰化反应；第二步，酰化产物的双键环氧化；第三步，环氧化产物进行开环聚合得到如式I所示聚合物。

式I中m等于1时原料采用的是谷氨酸，m等于2时原料采用的天冬氨酸。

本发明的阻垢剂具有无磷、可生物降解并在低药剂质量浓度下适用于高酸碱、高硬水系统等特点。在水系统的硬度(以Ca²⁺的质量浓度计)为250mg/L，阻垢剂中的式I化合物的质量浓度为1-14mg/L的条件下，阻垢剂阻垢效率为62.7-100％。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

(一)阻垢剂的制备

第一步：谷氨酸的酰化反应(N-马来酰-L-谷氨酸的制备)

1)称量谷氨酸4.41g和2.4g氢氧化钠，将其置入三口烧瓶中，加入6ml的去离子水，搅拌使其溶解。

2)向恒温水浴锅中加冰，使得烧瓶所处的环境温度在0到10度之间，然后加入12ml的丙酮。

3)滴加6ml马来酸酐(3g)的丙酮溶解溶液，同时滴加氢氧化钠的水溶液控制体系pH值在9。

4)滴加完毕后，在温度0-10℃的条件下，继续反应4-5个小时，体系变白并很粘稠。

5)反应完毕，静置分层，将上层丙酮除去，用6mol/L的盐酸调节PH至1-2，待沉淀析出，过滤，分别依次用水，丙酮冲洗三次，干燥得到白色粉末，得7.203g产率97.6％。测量其熔点为：148-150℃，H¹-NMR(用D₂O做溶剂)表征：δ_C＝C：6.294～6.525ppm，δ_CH：2.488～2.525ppm，δ_CH2：2.195ppm。

第二步：N-马来酰-L-谷氨酸的环氧化

1)称量2.45g的N-马来酰-L-谷氨酸，并将其置入三口瓶中，同时加入4ml的水，将三口瓶放入恒温水浴锅中，冷凝回流。

2)将温度升至45度，同时，用质量分数为48％的NaOH调节溶液的pH值至5-7之间。

3)将温度升至55℃，此时向溶液中加入0.264g催化剂钨酸钠，并同时滴加1.5ml质量分数为30％的H₂O₂，至少滴加30分钟。

4)双氧水滴加完毕后，将温度升至65℃，继续反应1-1.5个小时。

5)反应完毕，将无色溶液冷却，冷冻干燥得白色固体2.494g产率：95.2％，