專利名稱：一種三元協(xié)同緩蝕劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種協(xié)同型緩蝕劑，特別是用于冷卻水處理和廢水處理、含聚天冬氨酸類物質(zhì)的三元協(xié)同緩蝕劑。
背景技術(shù)：
緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)是指在緩蝕劑用量相同的情況下，配合適當(dāng)?shù)木徫g劑混合物，其緩蝕效果明顯超過各個(gè)組分單獨(dú)使用的緩蝕效果。早在20世紀(jì)50年代初，緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)并成為緩蝕劑研究和現(xiàn)代商品緩蝕劑開發(fā)的主要依據(jù)。然而直到現(xiàn)在，人們對(duì)緩蝕協(xié)同效應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律性遠(yuǎn)未查明，復(fù)合型緩蝕劑的開發(fā)基本是經(jīng)驗(yàn)性的。以新近開發(fā)的以聚天冬氨酸(簡(jiǎn)稱PASP)為主要成分的緩蝕劑為例PASP是一種具有阻垢性的水溶性聚合物，其分子結(jié)構(gòu)中不含磷元素，不會(huì)引起水體富營養(yǎng)化，可生物降解性好，是一種綠色聚合物。以PASP為基礎(chǔ)的水處理方法是目前水處理技術(shù)的前沿。目前主要用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行期間的防腐阻垢處理的PASP系的水處理配方，例如美國專利“Scale corrosion inhibitingcomposition”(U.S.Pat.No.6,464,900，2002)提供了一種由聚天冬氨酸和一種水溶性有機(jī)低聚物組成的配方，當(dāng)該配方中聚天冬氨酸和水溶性有機(jī)低聚物的用量分別為15.0mg/L和10.0mg/L時(shí)的防腐效果最好，通過旋轉(zhuǎn)腐蝕測(cè)試試驗(yàn)得其腐蝕速度為6.1mpy，其緩蝕效果不夠理想。“一種以聚天冬氨酸為主劑的復(fù)合水處理劑”(中國專利公開號(hào)CN 1323750A)，提供了一種以聚天冬氨酸為主要阻垢成分，以鎢酸鈉為緩蝕劑以及其他輔助組分的多功能緩蝕和阻垢作用的復(fù)合水處理劑，該水處理劑的使用需要先將預(yù)膜處理劑投入水中，預(yù)膜處理48小時(shí)左右，然后再稀釋轉(zhuǎn)移至處理濃度，并加以維持。預(yù)膜水處理時(shí)水處理劑的組分和含量為聚天冬氨酸100～250mg/L，鎢酸鹽100～250mg/L，檸檬酸鈉300～400mg/L，苯駢三氮唑0～10mg/L，鋅鹽0～4mg/L。預(yù)膜處理48h后，再轉(zhuǎn)移至正常處理時(shí)的水處理劑濃度，正常處理時(shí)水處理劑的組分和含量為聚天冬氨酸1～7mg/L，鎢酸鹽5～15mg/L，檸檬酸鈉20～40mg/L，苯駢三氮唑0～2mg/L，鋅鹽0～3mg/L。該復(fù)合水處理劑需要在預(yù)膜的基礎(chǔ)上才能獲得好的效果，而預(yù)膜工藝需要大量的淡水置換和廢水排放。通常的復(fù)合緩蝕劑均是以協(xié)同效應(yīng)為基礎(chǔ)的協(xié)同配方，其開發(fā)基本是經(jīng)驗(yàn)性的，需要有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員做非常多的試驗(yàn)，再加上“運(yùn)氣”才能成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三元協(xié)同作用模式的緩蝕劑配方，采用該模式可以設(shè)計(jì)開發(fā)緩蝕效果好的協(xié)同緩蝕劑，可用于循環(huán)冷卻水處理和廢水處理。
本發(fā)明一種三元協(xié)同緩蝕劑，是以聚天冬氨酸類物質(zhì)為主要阻垢成分的復(fù)合水處理劑，其特征在于，協(xié)同緩蝕劑主要由以下三部分構(gòu)成(1)分子結(jié)構(gòu)中含有孤對(duì)電子的物質(zhì)聚天冬氨酸類物質(zhì)，其用量以聚天冬氨酸計(jì)為5～50mg/L；(2)能在金屬表面生成沉積物的物質(zhì)鋅鹽，其用量以Zn2+計(jì)為1～5mg/L；(3)對(duì)沉積物具有螯合作用的物質(zhì)2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸(簡(jiǎn)稱PBTCA)，其用量為5～50mg/L。
本發(fā)明采用的聚天冬氨酸類物質(zhì)為聚天冬氨酸或聚天冬氨酸鹽。
本發(fā)明采用的聚天冬氨酸鹽為聚天冬氨酸堿金屬鹽聚天冬氨酸鈉或聚天冬氨酸鉀。
本發(fā)明采用的聚天冬氨酸鹽為聚天冬氨酸堿土金屬鹽聚天冬氨酸鈣或聚天冬氨酸鎂。
本發(fā)明采用的鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅或硝酸鋅。
本發(fā)明的緩蝕協(xié)同作用模式是吸附-沉積-螯合控制，即協(xié)同緩蝕劑組分分子由具有吸附、沉積、螯合作用的至少三種官能團(tuán)組成，吸附官能團(tuán)含有孤對(duì)電于以向金屬表畫吸附并形成吸附膜，沉積官能團(tuán)能在金屬表而形成沉積物以強(qiáng)化吸附膜，螯合官能團(tuán)對(duì)沉積物有螯合作用以控制膜厚度。根據(jù)該模式設(shè)計(jì)開發(fā)的協(xié)同緩蝕劑通過腐蝕試驗(yàn)，可以確定三種緩蝕劑組分的最佳配比和用量。根據(jù)協(xié)同作用模式，設(shè)計(jì)開發(fā)了本發(fā)明PASP-Zn2+-PBTCA三元協(xié)同緩蝕劑。
在本發(fā)明三元協(xié)同緩蝕劑的組成中，PASP分子中的N原子含有孤對(duì)電子，能與具有空d軌道的過渡金屬原子成鍵，吸附在金屬表面而達(dá)到保護(hù)金屬的目的。如下反應(yīng)式所示 在本發(fā)明三元協(xié)同緩蝕劑的組成中，Zn2+能與陰極上的OH-作用，生成不溶的Zn(OH)2沉積膜，從而強(qiáng)化了吸附膜。
在本發(fā)明三元協(xié)同緩蝕劑的組成中，PBTCA是一個(gè)五元酸，能與Zn2+形成較穩(wěn)定的配合物，從而起到控制膜的厚度，使之不能無限增加。
在20～60℃下，含有PASP-Zn2+-PBTCA三元協(xié)同緩蝕劑的水溶液同金屬表面接觸，即可起到防止金屬表面腐蝕和結(jié)垢的作用。
在本發(fā)明三元協(xié)同緩蝕劑與現(xiàn)有PASP為主要成分的緩蝕劑相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)(1)現(xiàn)有PASP配方均是以協(xié)同效應(yīng)為基礎(chǔ)的協(xié)同配方，其開發(fā)基本是經(jīng)驗(yàn)性的，需要有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員做非常多的試驗(yàn)，再加上“運(yùn)氣”才能成功。本發(fā)明的協(xié)同作用模式對(duì)緩蝕劑的開發(fā)具有明顯的指導(dǎo)作用，可大大減少協(xié)同緩蝕劑研究開發(fā)中的盲目性和經(jīng)驗(yàn)性，大大減少試驗(yàn)次數(shù)和提高緩蝕劑開發(fā)的工作效率。
(2)現(xiàn)有PASP配方需要在預(yù)膜的基礎(chǔ)上才能獲得好的效果，而預(yù)膜工藝需要大量的淡水置換和廢水排放，根據(jù)本發(fā)明提供的模式設(shè)計(jì)開發(fā)的PASP-Zn2+-PBTCA三元協(xié)同緩蝕劑不需要預(yù)膜即可達(dá)到好的緩蝕阻垢效果，且具有藥劑用量小，緩蝕阻垢性能好等優(yōu)點(diǎn)。用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)法測(cè)試，碳鋼在加有該緩蝕劑的水中的腐蝕速度可降低到0.041mm/a，遠(yuǎn)優(yōu)于工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50050-95)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)(≤0.125mm/a)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明的配方用常規(guī)的方法配制水處理劑。按照HG/T2159-91標(biāo)準(zhǔn)，將標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片固定在動(dòng)態(tài)腐蝕測(cè)試儀的試片架上，不需要預(yù)膜處理而直接放入加有PASP30mg/L，氯化鋅3mg/L(以Zn2+計(jì))，PBCTA20mg/L和標(biāo)準(zhǔn)腐蝕水(含二水氯化鈣735mg/L、硫酸鎂493mg/L、氯化鈉658mg/L和碳酸氫鈉168mg/L)的試杯中，試杯置于40℃的恒溫水浴中，試片以0.35m.S-1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，試液自然蒸發(fā)，每隔4h補(bǔ)充一次水，72h后停止測(cè)試，測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.050mm/a。
實(shí)施例2操作方法與實(shí)施例1相同，將聚天冬氨酸鈉替代PASP(用量以PASP計(jì))，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.052mm/a。
實(shí)施例3操作方法與實(shí)施例1相同，將聚天冬氨酸鈣替代PASP(用量以PASP計(jì))，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.056mm/a。
實(shí)施例4操作方法與實(shí)施例1相同，將硫酸鋅替代氯化鋅，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.054mm/a。
實(shí)施例5操作方法與實(shí)施例1相同，將硝酸鋅替代氯化鋅，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.053mm/a。
實(shí)施例6操作方法與實(shí)施例1相同，將PASP的用量變?yōu)?mg/L，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.108mm/a。
實(shí)施例7操作方法與實(shí)施例1相同，將PASP的用量變?yōu)?0mg/L，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.042mm/a。
實(shí)施例8操作方法與實(shí)施例1相同，將氯化鋅的用量變?yōu)?mg/L，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.078mm/a。
實(shí)施例9操作方法與實(shí)施例1相同，將氯化鋅的用量變?yōu)?mg/L，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.046mm/a。
實(shí)施例10操作方法與實(shí)施例1相同，將PBCTA的用量變?yōu)?mg/L，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.084mm/a。
實(shí)施例11操作方法與實(shí)施例1相同，將PBCTA的用量變?yōu)?0mg/L，其余條件與實(shí)施例1相同。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)A3鋼試片的腐蝕速度為0.041mm/a。
權(quán)利要求
1.一種三元協(xié)同緩蝕劑，是以聚天冬氨酸類物質(zhì)為主要阻垢成分的復(fù)合水處理劑，其特征在于，協(xié)同緩蝕劑主要由以下三部分構(gòu)成(1)分子結(jié)構(gòu)中含有孤對(duì)電子的物質(zhì)聚天冬氨酸類物質(zhì)，其用量以聚天冬氨酸計(jì)為5～50mg/L；(2)能在金屬表面生成沉積物的物質(zhì)鋅鹽，其用量以Zn2+計(jì)為1～5mg/L；(3)對(duì)沉積物具有螯合作用的物質(zhì)2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸，其用量為5～50mg/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同緩蝕劑，其特征在于，聚天冬氨酸類物質(zhì)為聚天冬氨酸或聚天冬氨酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的協(xié)同緩蝕劑，其特征在于，聚天冬氨酸鹽為聚天冬氨酸堿金屬鹽聚天冬氨酸鈉或聚天冬氨酸鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的協(xié)同緩蝕劑，其特征在于，聚天冬氨酸鹽為聚天冬氨酸堿土金屬鹽聚天冬氨酸鈣或聚天冬氨酸鎂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同緩蝕劑，其特征在于，鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅或硝酸鋅。
全文摘要
本發(fā)明一種三元協(xié)同緩蝕劑，是以聚天冬氨酸類物質(zhì)為主要阻垢成分的復(fù)合水處理劑，主要由以下三部分構(gòu)成(1)分子結(jié)構(gòu)中含有孤對(duì)電子的物質(zhì)聚天冬氨酸類物質(zhì)，其用量以聚天冬氨酸計(jì)為5～50mg/L；(2)能在金屬表面生成沉積物的物質(zhì)鋅鹽，其用量以Zn
文檔編號(hào)C02F5/12GK1868924SQ20051007182
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者魏剛, 楊西東, 熊蓉春 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)