本發(fā)明屬于工業(yè)水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于去離子水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的環(huán)保型緩蝕劑五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著水資源的日益緊張，為了節(jié)約用水，占工業(yè)用水總量70～80％的循環(huán)冷卻系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)不斷提高。隨著濃縮倍數(shù)的提高，結(jié)垢問題越來越嚴重，同時細菌滋生、垢下腐蝕等問題也更為突出。因此使用去離子水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水，是近年來節(jié)約循環(huán)冷卻水的重要措施之一。此外在某些行業(yè)，由于被冷卻的裝置特殊或介質(zhì)的溫度高等原因，常常需要用去離子水作為循環(huán)冷卻水的水質(zhì)，如鋼鐵行業(yè)的連鑄結(jié)晶器的循環(huán)冷卻水、核能發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水、冶金行業(yè)氧槍的循環(huán)冷卻水、浮法玻璃生產(chǎn)線的循環(huán)冷卻水、中央空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水。
去離子水的鈣離子濃度極低或幾乎不含鈣、pH5～7、電導率≤2.0μs·cm-1。這類水的顯著特點是無垢、低堿，由于沒有垢層的保護，水中溶解氧直接與金屬接觸，表現(xiàn)出強腐蝕性。歷史上曾經(jīng)用高濃度的鉻酸鹽或亞硝酸鹽對這類水質(zhì)進行緩蝕處理，這種方法雖然處理效果好，但由于鉻酸鹽和亞硝酸鹽屬于致癌物質(zhì)，對環(huán)境污染嚴重，已被禁止使用。
現(xiàn)有緩蝕劑主要有金屬鹽類緩蝕劑（如鉬酸鹽、鎢酸鹽）、硅酸鹽類緩蝕劑、有機膦緩蝕劑。貴金屬鉬酸鹽及鎢酸鹽，雖然可用于去離子水緩蝕且無毒，但用量大（甚至高達1500 mg·L-1），處理成本高。硅酸鹽是一種沉淀膜型緩蝕劑，可用于去離子水緩蝕，其價廉、無毒，但劑量不足時易產(chǎn)生點蝕，劑量過多或控制不好易產(chǎn)生難于清洗處理的硅垢。有機膦類需要與氯化鈣配合使用才能發(fā)揮緩蝕效果，因此對去離子水的緩蝕性能不佳，而且含磷，會導致水體富營養(yǎng)化。
現(xiàn)有的技術(shù)中，能夠滿足去離子水質(zhì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的緩蝕要求的緩蝕劑較少，且由于成本、用量、效果等因素，并未獲得廣泛的應用，因此亟待滿足去離子水質(zhì)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)新型無磷環(huán)保型緩蝕劑。
為了達到環(huán)保及高效的目的，本發(fā)明將異硫脲基枝接于五琥珀酸戊五醇酯的分子中，得到的五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯，在較低劑量下可以達到良好的緩蝕效果，該無磷環(huán)保型的緩蝕劑目前還沒未見報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種無磷、高效、安全的用于去離子水質(zhì)的環(huán)保型緩蝕劑五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的用于去離子水質(zhì)的環(huán)保型緩蝕劑五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯，所述異硫脲基琥珀酸戊五醇酯和化學式為：C5H7[OCOCH2CH(COOH)SC(NH)NH2]5 ，結(jié)構(gòu)式為：
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本發(fā)明提出的用于去離子水質(zhì)的異硫脲基琥珀酸戊五醇酯的制備方法，具體步驟如下：
（１）將冰醋酸加入帶有攪拌、回流冷凝管和溫度計的四口圓底燒瓶中，加入戊五醇溶解后，再加入馬來酸酐，溶解后升溫至80~90 °C，在氮氣保護及攪拌條件下，反應4~8 h，得到五琥珀酸木糖醇酯的冰醋酸溶液。反應方程式如下：
（2）將步驟（1）制得的五琥珀酸木糖醇酯的冰醋酸溶液，冷卻至小于20℃。然后在攪拌下緩慢加入硫脲，于25~30℃、氮氣保護下反應20~24 h，過濾，濾餅于90~110℃下真空干燥，得到五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯。反應方程式如下：
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本發(fā)明中，步驟（1）中，戊五醇、馬來酸酐的摩爾比為1:5.1~1:5.2。
本發(fā)明中，步驟（2）中，五琥珀酸戊五醇酯、硫脲的摩爾比為1:5.1~6.0。
本發(fā)明中，所用的馬來酸酐、硫脲、冰醋酸均為市售的產(chǎn)品。
本發(fā)明中，所用的戊五醇的分子式為C5H12O5，化學名稱為1,2,3,4,5-五羥基戊烷，包括內(nèi)消旋木糖醇、DL-阿拉伯糖醇、D(+)-阿拉伯糖醇或L(-)-阿拉伯糖醇中的任一種。
本發(fā)明制得的五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯，能有效地抑制去離子水中碳鋼的腐蝕。五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯作為去離子水系統(tǒng)的緩蝕劑使用時，五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯的投加濃度為20~30 mg·L-1，即可達到良好的緩蝕效果。
本發(fā)明提供的用于去離子水系統(tǒng)中的環(huán)保型緩蝕劑五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯，與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：（1）本發(fā)明的環(huán)保型緩蝕劑不含磷，降低了水體富營養(yǎng)化的風險。（2）本發(fā)明的環(huán)保型緩蝕劑為生物可降解產(chǎn)品，屬于環(huán)境友好產(chǎn)品，不存在對水體的危害。（3）本發(fā)明的環(huán)保型緩蝕劑不含鉻酸鹽、亞硝酸鹽等這類適用于去離子水質(zhì)的有毒緩蝕劑，使用安全，有利于保護環(huán)境；不含鉬酸鹽、鎢酸鹽這類價格昂貴的適用于去離子水質(zhì)的緩蝕劑，使復合配方的價格低廉，降低處理成本；不含硅酸鹽，不用考慮系統(tǒng)中產(chǎn)生硅垢的危險。（6）本發(fā)明的環(huán)保型緩蝕劑用于去離子水循環(huán)冷卻系統(tǒng)時，無須補鈣、補堿、調(diào)節(jié)pH，簡化了操作和管理，同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例進一步詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案。最后應當說明的是，以下實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
下面的對比例1~2均為市售的緩蝕劑。
對比例1：乙二胺四亞甲基膦酸（EDTMP，固含量28%）。
對比例2：2-磷酸基-1, 2, 4-三羧酸丁烷（PBTCA，固含量50%）。
對比例3：多氨基多醚基亞甲基膦酸（PAPEMP，固體含量48%）。
對比例4：硫脲。
實施例1：五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯的制備
將90.00 g冰醋酸加入帶有攪拌、回流冷凝管和溫度計的四口圓底燒瓶中，然后加入15.22 g（0.1 mol）木糖醇，攪拌溶解。然后加入51.00 g（0.52 mol）馬來酸酐，攪拌溶解后升溫至85℃，氮氣保護及攪拌條件下，反應4 h。降溫至20℃，加入39.50 g（0.52 mol）硫脲，于30℃、氮氣保護條件下，反應24 h。過濾，于95℃下真空干燥，得到95.68 g白色粉末狀產(chǎn)物，即為五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯，收率93.62%。所得五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯核磁共振13CNMR（D2O）圖譜：34.611，36.781，38.126，60.2.13，69.152，71.368，155.716，175.499，178.901 ppm。
實施例2 性能測試實驗
本實施例是對上述實施例1制得的五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯，及對比例1~4的市售緩蝕劑進行緩蝕性能評價。實驗用水為反滲透制得的去離子水，pH 5.8，電導率1.2 μs/cm。
緩蝕實驗評價方法按照《中華人民共和國國家標準GB/T18175－2000，水處理劑緩蝕性能的測定——旋轉(zhuǎn)掛片法》進行。實驗儀器為RCC-II型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕測試儀，實驗條件：溫度45℃，轉(zhuǎn)速75r/min，不預膜掛片，時間72小時。碳鋼試片：20# 碳鋼，50mm×25mm×2mm。同時做空白實驗。
性能測試實驗結(jié)果見表1，結(jié)果表明：本發(fā)明所提供的五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯具有優(yōu)良的抑制去離子水中碳鋼的腐蝕性能，比市售的傳統(tǒng)緩蝕劑有更高的緩蝕效率，并且本發(fā)明的五異硫脲基琥珀酸戊五醇酯無磷、生物可降解，是一種綠色環(huán)保型緩蝕劑。
表1 緩蝕性能測試結(jié)果