[发明专利]一种生物可降解的水处理剂对磺酸苯胺基聚环氧琥珀酸及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于工业循环冷却水处理技术领域，具体涉及一种生物可降解的水处理剂对磺酸苯胺基聚环氧琥珀酸及其制备方法，它是一种含羧基、醚键、氨基、磺酸基的聚合物，属于无磷、生物可降解的绿色环保型阻垢分散剂，用于水质的缓蚀及阻垢处理。

背景技术

目前，我国工业循环冷却水中常用的缓蚀阻垢剂主要两大类：有机膦酸盐类、聚羧酸盐类及其共聚物。

有机膦酸是20世纪60年代末以来循环冷却水化学处理中广泛应用的重要的含磷有机缓蚀阻垢剂，其分子结构中含有与碳原子直接相连的膦酸基团—PO(OH)₂^-，与聚磷酸盐相比，具有良好的化学稳定性，有一定程度的耐氧化性，不易水解，能耐较高温度等优点。如20世纪60年代末开发的，至今仍在水处理中广泛使用的氨基三甲叉膦酸 (ATMP) 、羟基亚乙基二膦酸 (HEDP) ，20世纪80年代研制了的2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷 (PBTCA) 在高温、高硬度、高pH值等苛刻条件下的防垢性能突出， 20世纪90年代开发的大分子有机膦酸—多氨基多醚基甲叉膦酸 (PAPEMP) ，其相对分子质量达600万左右，且分子中引入多个醚键，因此有很高的钙容忍度和防垢分散性能。

聚羧酸阻垢剂由是一种、二种或多种单体聚合而成的阴离子型低相对分子质量的聚电解质，起阻垢作用的主要是聚合物的负离子，为Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Cu2+、Zn²⁺等的优良螯合剂。按照合成单体的种类，聚羧酸阻垢剂有均聚物阻垢剂和共聚物阻垢剂两大类。如20世纪70年代，开始使用均聚物聚丙烯酸 (PAA)和聚马来酸 (HPMA)，显示出良好的阻碳酸钙及硫酸钙垢效果，但其对磷酸钙垢、锌垢的抑制能力以及对铁的稳定作用较差，不适用于恶劣的循环冷却水水质。

20世纪80年代开发了由多种单体共聚而成的一类新型二元及三元共聚物阻垢剂，在分子中引入酰胺基、羟基、酯基、磺酸基、膦酸基等多种官能团，具有防止磷酸钙、硫酸钙、硫酸钡垢生成，分散氧化铁和粘土等作用，某些聚合物甚至还具有防腐、杀菌等多种功能。另外，同时还具有耐温性能优越、热稳定性好、无毒、无害、对生态环境无污染等优点，如丙烯酸/马来酸共聚物 (AA/MA)、丙烯酸/丙烯酸羟丙酯共聚物 (AA/HPA)。另外在共聚物中引入羟基、磺酸基团，可以提高共聚物对磷酸钙的螯合和分散能力，显示出良好的应用前景。苯乙烯磺酸/马来酸酐共聚物为国外最早开发并商品化的含磺酸基团共聚物。由于分子中引入了苯环，热稳定性得以大大提高；同时分子中引入了磺酸基团，使得分散作用得到加强。常用于冷却水系统和中、低压锅炉中，用来控制磷酸钙、碳酸钙、硅酸盐、氧化铁及污泥沉淀，效果显著。20世纪90年代初开发的丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 /丙烯酸羟丙酯(AA/AMPS/HPA)，为含磺酸盐基团的三元共聚物，对CaSO₄垢、Ca₃（PO₄）₂垢有良好的抑制作用，并能有效地分散氧化铁和稳定锌离子。

但是，有机膦酸盐类阻垢剂由于含磷，可引起水体富营养化，其大量、无规排放将加重自然水域的环境污染己成为工业水处理中一个不容忽视的问题，世界各国已在逐步制定越来越严格的法律法规，限制其排放。聚羧酸盐类及其共聚物，虽然无毒，但是国内外近年来的研究成果表明：尽管多数聚羧酸阻垢分散剂毒性较低，但它们一般无法在微生物和真菌的作用下分解成简单、无毒的物质，若在水体中长期大量富集，也将加重环境的污染。

因此进入20世纪90年代，美国、日本、德国等几家知名的水处理企业都相继开始致力于寻找一种能替代聚羧酸， 在具有优良的阻垢缓蚀性能的同时，又可被生物降解的“绿色环保”型水处理化学品——聚环氧琥珀酸。研究表明聚环氧琥珀酸对CaCO₃、CaSO₄、BaSO₄有很好的阻垢效果，由于其无磷、无氮、可生物降解，属于真正意义上的绿色化学品。随着绿色化学浪潮的兴起，无磷生物可降解的循环冷却水处理技术已成为新热点。循环冷却水处理无磷技术中常常采用锌盐代替有机膦酸（盐）作为缓蚀剂，但聚环氧琥珀酸由于其缓蚀性能不佳，且对如锌盐的稳定性较差，这样当聚环氧琥珀酸与锌盐进行复配使用时，增加了锌垢沉积的危险性，影响其缓蚀性能。