專利名稱：一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料的水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水處理劑中阻垢劑的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中的用水設(shè)備(如循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)等)也日益增多，工業(yè)用水量也隨之日漸增大。在工業(yè)用水設(shè)備的運(yùn)行過程中，由于用水設(shè)備受熱后內(nèi)表面會(huì)不可避免的產(chǎn)生水垢，從而增加設(shè)備熱阻，影響設(shè)備傳熱，造成工業(yè)生產(chǎn)效率降低，用水設(shè)備使用壽命縮短等危害。為了保證工業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行，必須抑制和緩解用水設(shè)備內(nèi)表面的結(jié)垢，其最常用的方法是在水中添加阻垢劑。聚天冬氨酸阻垢劑因具有無毒、無磷、可生物降解等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益， 成為水處理技術(shù)領(lǐng)域的研究熱門。現(xiàn)有聚天冬氨酸阻垢劑的合成方法，如2011年8月10日公布的公布號(hào)為CN102146161A的“一種用于阻垢劑的聚天冬氨酸合成物”的專利，公開的方法是先合成馬來酸銨，再進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚琥珀酰亞胺，最后對(duì)聚琥珀酰亞胺水解反應(yīng)生成聚天冬氨酸鹽。其中聚合反應(yīng)是馬來酸銨鹽在半密閉的加熱容器中，采用160 200°C的循環(huán)熱空氣持續(xù)加熱2 4h，除濕、聚合一次完成獲得聚琥珀酰亞胺；水解反應(yīng)是將聚琥珀酰亞胺與20%重量百分濃度的氫氧化鈉以I : 0. 3 0. 5的比例混合,在25°C下水解I 2h。該專利的主要缺點(diǎn)是①馬來酸銨的合成反應(yīng)中，原料中有水的參與，需要在反應(yīng)結(jié)束后設(shè)法去除水分，從而增加了生產(chǎn)成本；②聚合反應(yīng)過程中為了除濕與聚合一次完成而采用循環(huán)熱空氣持續(xù)加熱,還需配套加熱設(shè)備，同時(shí)循環(huán)熱空氣使得生產(chǎn)過程中熱損失增大,成本增加；③該方法制備出的阻垢劑聚天冬氨酸阻垢率只有40%左右，阻垢率明顯太低
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有聚天冬氨酸阻垢劑合成方法的不足，提供一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法，具有高效、環(huán)保、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法，先制備馬來酸銨鹽，再制備聚琥珀酰亞胺，然后經(jīng)水解、沉淀、抽濾、干燥的簡(jiǎn)單工藝制得產(chǎn)品。所述方法的具體步驟如下(I)制備馬來酸銨鹽按照馬來酸尿素的摩爾比為I : 0. 8 I. 2的比例，在60 100°C和攪拌速度為40 70r/min的條件下，將尿素加入到馬來酸中，進(jìn)行固相反應(yīng)3 4h，就制得馬來酸銨鹽。(2)制備聚琥珀酰亞胺第(I)步完成后，按照第(I)步制得的馬來酸銨鹽催化劑磷酸溶液中磷酸的質(zhì)量比為I : 0. 4 0. 7的比例，在200 240°C和攪拌速度為60 100r/min的條件下，將磷酸催化劑加入到第(I)步制得的馬來酸銨鹽中，進(jìn)行聚合反應(yīng)I 5h，就制得聚琥珀酰亞胺。(3)制備聚天冬氨酸阻垢劑第(2)步完成后，先在第(2)步制得的聚琥珀酰亞胺中，加入稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值為11 14，并在30 70°C和攪拌速度為60 100r/min的條件下，進(jìn)行水解30 60min，生成聚天冬氨酸鈉鹽，自然冷卻后，用稀鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為6. 5 7. 5 (即中性)，即得聚天冬氨酸水溶液。后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)所述的聚天冬氨酸水溶液，在70 90°C和-0. 09 -0. IMPa的條件下進(jìn)行減壓蒸餾，除去90 95%的水分，制得粘稠的聚天冬氨酸膏體。按所述的聚天冬氨酸膏體無水乙醇的體積比為I : 8 10的比例，將無水乙醇加到除去90 95%水分的聚天冬氨酸膏體中，攪拌均勻，產(chǎn)生沉淀溶液。然后用裝有中速定性濾紙的布氏漏斗對(duì)所述的沉淀溶液進(jìn)行真空抽濾，分別收集濾液和濾渣。收集的濾液
為乙醇溶液，可回收再次利用；將收集的濾渣放置于干燥箱中，在50 60°C下干燥I 5h，就得到聚天冬氨酸阻垢劑產(chǎn)品。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，主要由以下效果I、本發(fā)明方法的工藝流程僅為制備馬來酸銨鹽一制備聚琥珀酰亞胺一聚天冬氨酸三道工序，每道工序的工藝均操作簡(jiǎn)便，適合于各種規(guī)模企業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)。2、本發(fā)明的制備馬來酸銨鹽的工序中，僅加入馬來酸和尿素在固相中反應(yīng)，未添加任何溶劑，從而降低了生產(chǎn)成本，又減少了環(huán)境污染，為后續(xù)工藝步驟提供了便利。3、本發(fā)明的制備聚琥珀酰亞胺的聚合反應(yīng)中，僅使用無機(jī)磷酸作為催化劑，未用半密閉的加熱容器，這一方面提高了聚合效率，提高了產(chǎn)品的阻垢率，另一方面所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。4、本發(fā)明所有反應(yīng)均是在常壓下操作，對(duì)設(shè)備要求低，經(jīng)濟(jì)效益好。5、采用本發(fā)明方法制得的聚天冬氨酸阻垢劑產(chǎn)品的阻垢率高達(dá)99.8%，可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)用水設(shè)備的水處理過程中，如循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)、以及海水淡化系統(tǒng)等。適用范圍廣，適合我國國情。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于制備高效的聚天冬氨酸阻垢劑。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施方式，進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例I一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法的具體步驟如下(I)制備馬來酸銨鹽按照馬來酸尿素的摩爾比為I : 0. 9的比例，在80°C和攪拌速度為60r/min的條件下，將尿素加入到馬來酸中，進(jìn)行固相反應(yīng)3. 5h，就制得馬來酸銨鹽。(2)制備聚琥珀酰亞胺第(I)步完成后，按照第(I)步制得的馬來酸銨鹽催化劑磷酸溶液中磷酸的質(zhì)量比為I : 0. 5的比例，在230°C和攪拌速度為80r/min的條件下，將磷酸催化劑加入到第
(I)步制得的馬來酸銨鹽中，進(jìn)行聚合反應(yīng)4h，就制得聚琥珀酰亞胺。(3)制備聚天冬氨酸阻垢劑
第(2)步完成后，先在第(2)步制得的聚琥珀酰亞胺中，加入稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其PH值為13，并在50°C和攪拌速度為80r/min的條件下，進(jìn)行水解45min，生成聚天冬氨酸鈉鹽，自然冷卻后，用稀鹽酸調(diào)節(jié)其PH值為7. 0(即中性)，即得聚天冬氨酸水溶液。后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)所述的聚天冬氨酸水溶液，在80°C和-0. 094MPa的條件下進(jìn)行減壓蒸餾，除去93%的水分，制得粘稠的聚天冬氨酸膏體。再按所述的聚天冬氨酸膏體無水乙醇的體積比為I : 9的比例，將無水乙醇加到除去93%水分的聚天冬氨酸膏體中，攪拌均勻，產(chǎn)生沉淀溶液。然后用裝有中速定性濾紙的布氏漏斗對(duì)所述的沉淀溶液進(jìn)行抽濾，分別收集濾液和濾渣。收集的濾液為乙醇溶液，可回收再次利用；將收集的濾渣放置于干燥箱中，在55°C下干燥2h，就得到聚天冬氨酸阻垢劑產(chǎn)品。實(shí)施例2一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法，同實(shí)施例1，其中第(I)步中，馬來酸尿素的摩爾比為I : 0. 8,溫度為60°C,攪拌速度為40r/ min,固相反應(yīng)的時(shí)間為3h。第⑵步中，第⑴步制得的馬來酸銨鹽催化劑磷酸溶液中磷酸的質(zhì)量比為I 0. 4，溫度為200°C，攪拌速度為60r/min，聚合反應(yīng)的時(shí)間為lh。第(3)步中，用稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值為11，在30°C和攪拌速度為60r/min的條件下，進(jìn)行水解30min。用稀鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為6. 5 (即中性)，聚天冬氨酸水溶液在70°C和_0.09MPa的條件下進(jìn)行減壓蒸餾，除去90%的水分。聚天冬氨酸膏體無水乙醇的體積比為I : 8，將無水乙醇加到除去90%水分的聚天冬氨酸膏體中，干燥箱的溫度為50°C，干燥時(shí)間為lh，就得到聚天冬氨酸阻垢劑產(chǎn)品。實(shí)施例3一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法，同實(shí)施例1、2，其中第(I)步中，馬來酸尿素的摩爾比為I : I. 2,溫度為100°C,攪拌速度為70r/min,固相反應(yīng)時(shí)間為4h。第⑵步中，第⑴步制得的馬來酸銨鹽催化劑磷酸溶液中磷酸的質(zhì)量比為
I 0. 7，溫度為240°C，攪拌速度為100r/min，聚合反應(yīng)時(shí)間為5h。第(3)步中，用稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值為14，在70°C和攪拌速度為IOOr/min的條件下，進(jìn)行水解60min。用稀鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為7. 5 (即中性)，聚天冬氨酸水溶液在90°C和-0. IMPa的條件下進(jìn)行減壓蒸餾，除去95%的水分。聚天冬氨酸膏體無水乙醇的體積比為I : 10，將無水乙醇加到除去95%水分的聚天冬氨酸膏體中，干燥箱的溫度為600C，干燥時(shí)間為5h，就得到聚天冬氨酸阻垢劑產(chǎn)品。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)施例I制得的聚天冬氨酸阻垢劑，用靜態(tài)阻垢法進(jìn)行阻垢性能測(cè)量
EDTA 消耗量(ml) |U(C。消耗的 EDTA)L1 (C1 消耗的 EDT1A)~ L2 (C2 消耗的 EDT1A)~
數(shù)值^7921.2721. 31
阻垢率r= ￡i ~C° xl00% = ^-1 ~-° X100% = 21-27~2,7-9 X100% = 99.8%
C2-C0L2-L021.31-2.79式中Y為阻垢率；C0為未加入阻垢劑的試液試驗(yàn)后的鈣離子濃度；C1為加入阻垢劑的試液試驗(yàn)后的鈣離子濃度；C2為實(shí)驗(yàn)前配制好的試液中鈣離子濃度；由計(jì)算得出聚天冬氨酸的阻垢率為99. 8%。從上述試驗(yàn)結(jié)果知 采用本發(fā)明方法制備的聚天冬氨酸阻垢劑阻垢率高達(dá)99. 8%。
權(quán)利要求
1.一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法，其特征在于所述方法的具體步驟如下 (1)制備馬來酸銨鹽 按照馬來酸尿素的摩爾比為I : 0.8 1.2的比例，在60 100°C和攪拌速度為40 70r/min的條件下，將尿素加入到馬來酸中，進(jìn)行固相反應(yīng)3 4h而制得馬來酸銨鹽； (2)制備聚琥珀酰亞胺 第(I)步完成后，按照第(I)步制得的馬來酸銨鹽催化劑磷酸溶液中磷酸的質(zhì)量比為I : 0. 4 0. 7的比例，在200 240°C和攪拌速度為60 100r/min的條件下，將磷酸催化劑加入到第(I)步制得的馬來酸銨鹽中，進(jìn)行聚合反應(yīng)I 5h而制得聚琥珀酰亞胺； (3)制備聚天冬氨酸阻垢劑 第(2)步完成后，先在第(2)步制得的聚琥珀酰亞胺中，加入稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH值為11 14，并在30 70°C和攪拌速度為60 100r/min的條件下，進(jìn)行水解30 60min而生成聚天冬氨酸鈉鹽，自然冷卻后，用稀鹽酸調(diào)節(jié)其PH值為6. 5 7. 5而得聚天冬氨酸水溶液，后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)所述的聚天冬氨酸水溶液，在70 90°C和-0. 09 -0. IMPa的條件下進(jìn)行減壓蒸餾，除去90 95%的水分而制得到粘稠的聚天冬氨酸膏體，按所述的聚天冬氨酸膏體無水乙醇的體積比為I : 8 10的比例，將無水乙醇加到除去90 95%水分的聚天冬氨酸膏體中，攪拌均勻，產(chǎn)生沉淀溶液，然后用裝有中速定性濾紙的布氏漏斗對(duì)所述的沉淀溶液進(jìn)行抽濾，分別收集濾液和濾渣，收集的濾液為乙醇溶液；將收集的濾渣放置于干燥箱中，在50 60°C下干燥I 5h，就得到聚天冬氨酸阻垢劑產(chǎn)品。
全文摘要
一種聚天冬氨酸阻垢劑的制備方法，屬于高分子材料的水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法是先制備馬來酸銨鹽，再制備聚琥珀酰亞胺，然后經(jīng)水解、沉淀、抽濾、干燥的簡(jiǎn)單工藝制得聚天冬氨酸阻垢產(chǎn)品。本發(fā)明具有所用設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，環(huán)境污染小；聚合效率高，產(chǎn)品的阻垢率高達(dá)99.8％等顯著效果。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于制備高效的聚天冬氨酸阻垢劑，采用本發(fā)明制備出的產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)用水設(shè)備(如循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)及海水淡化系統(tǒng)等)中的水處理過程中。
文檔編號(hào)C02F5/12GK102674569SQ20121013700
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者余浩, 周志明, 張龍, 李滿滿, 王瑤環(huán), 袁小芳, 趙志, 陳舜 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)