[发明专利]一种无磷复合阻垢缓蚀剂及其在水处理中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种无磷复合阻垢缓蚀剂及其在循环冷却水处理中应用。

背景技术

在循环冷却水系统中，主要存在结垢、腐蚀和微生物危害三方面问题。防止系统结垢和腐蚀最方便且有效的方法是在循环冷却水中投加缓蚀阻垢剂。目前国内常用于循环冷却水处理的配方多为膦系配方，其主剂为含有膦酸基(-PO₃H₂)直接与碳原子相连的缓蚀阻垢剂，常称之为有机膦酸。它们主要包括：羟基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DEPTMP)等。

有机膦酸自六十年代后期被开发并应用于循环冷却水处理以来，使水处理技术和工艺有了长足的进展。与早期磷系配方中的无机聚磷酸盐相比，有机膦酸具有良好的化学稳定性、不易水解、可耐较高温度、药剂用量小，且兼具缓蚀和阻垢双功能。有机膦酸是一类阴极型缓蚀剂，同时又是一类非化学当量阻垢剂，具有明显的溶限效应。它们对许多金属离子如Ca²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等都具有良好的螯合能力，甚至对一些金属的无机盐类如CaCO₃、CaSO₄、MgSiO₃等也有较好的去活化作用。但常用有机膦不能有效地抑制磷酸钙垢和锌垢以及解决氧化铁沉淀问题，且本身易形成有机膦酸垢。另外，含磷化合物对水体的污染及导致的富营养化问题使人们逐渐认识到控制含磷化合物排放的重要性。

世界范围内很多河流、湖泊已经因为排入大量的磷导致水生植物生长失控，水中溶氧耗尽，最终水质恶化，水生动植物绝迹。我国沿海地区近几年频繁而且大范围发生的赤潮也和大量磷等营养物的排放有关，给水产养殖和自然生态造成了巨大灾难。近年，太湖、滇池流域、三峡库区已经强制销售和使用无磷洗涤用品，继山东省之后，辽宁省最近宣布全面禁磷，以期减少向自然水体中的磷排放。现在，低磷、无磷水处理剂已经成为研究的热点。随着环保意识的提高，环保法规的进一步严格，许多国家已经开始限制磷的排放，例如德国已要求磷的排放小于等于1mg/L，推动了低磷、无磷配方的发展。

袁万钟等(《硼砂-葡萄糖酸钠缓蚀剂在中性介质中对碳钢的协同缓蚀作用》，化工腐蚀与防护，1992.3)以葡萄糖酸钠和四硼酸钠复配作为碳钢缓蚀剂，只使用这两种缓蚀剂，使用浓度达到1000mg/L，浓度较高，而且配方不具有阻垢性能，使用于循环冷却水处理有缺陷。

刘国华等(《环保型无磷复合水处理剂的研制》，腐蚀与防护，2003.11)首次将钨酸盐与聚天冬氨酸进行复合实用配方的研究开发，筛选出无磷钨系水处理剂，得到的复合配方不含磷及重金属离子，符合环境友好的要求，挂片腐蚀速率为0.0124mm/a，缓蚀率98.71％。用静态阻垢实验评定了该无磷钨系复合水处理剂的阻垢性能，其阻垢率为91.67％。但是钨酸钠是一种阳极钝化膜型缓蚀剂，钝化膜形式的前提是溶液中含有较高量的溶氧。和低浓度铬酸盐相似，钨酸盐浓度低于一定值(临界浓度)时，会加速金属的腐蚀。

李玉明等(《钼酸盐与磷酸盐、硅酸盐复配缓蚀剂的研究》，腐蚀与防护，2004.6)将钼酸钠分别与磷酸钠和硅酸钠复配。当钼酸钠浓度为100mg/L时，与之复配的磷酸钠和硅酸钠浓度均达到50mg/L时缓蚀效果最佳。其缺点在于，钼酸钠用量太大，磷酸钠的使用还会对环境造成污染。

CN1038312A公开了一种高效钼酸盐复合缓蚀阻垢剂，其特点在于该复合阻垢缓蚀剂由钼酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸钠、乙二胺四甲叉膦酸、硝酸锌、琥珀酸钠组成。其缺点在于配方中含有无机磷和有机膦酸，易对环境造成污染。

发明内容

发明人研究发现：钼酸盐和/或钨酸盐与硼酸盐、葡萄糖酸盐、硅酸盐之中的两种组合在一起具有缓蚀增效作用，可以大大降低单一药剂的使用量，与含羧酸基无磷共聚物阻垢分散剂组成复合配方具有有效地抑制磷酸钙垢、锌垢和分散碳酸钙垢的性能，应用于循环水处理可解决常用有机膦药剂因磷含量高而对环境的危害。

本发明的目的在于提供一种无磷复合阻垢缓蚀剂，解决磷对环境的危害，满足日益严格的环保要求。

本发明的另一个目的在于将本发明的复合阻垢缓蚀剂应用于循环冷却水处理。