[发明专利]杯[4]芳烃衍生物、无磷阻垢分散缓蚀剂及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种水处理领域，尤其涉及一种新的杯[4]芳烃衍生物，含其的无磷阻垢分散缓蚀剂，以及它们的制备方法和用途。

背景技术

在工业生产过程中，冷却的方式很多，但是因为水的化学稳定性好，热容量大，不易分解，不会发生明显的膨胀和压缩，同时其流动性好，来源广泛，价格低廉等原因，使得大多数企业选择水作为传热冷却介质，以冷却成品、半成品、生产设备、高温介质等。目前在石油炼制、化工、煤制油、煤化工、钢铁冶金行业广泛使用，这些工业冷却水量平均约占工业总用水量的60%以上。同时，有相当数量的换热器处于离循环水场较远的地方，或处于较高的位置，该部分换热器因为水压力降低、水流速降低等原因，使得冷却水水温升高较多，容易造成设备的结垢，伴生腐蚀现象。

目前水资源在全球范围内都急剧恶化，尤其在中国，其水资源和环境资源可持续性所面临的挑战日益严峻，使得节能减排被提上日程。对循环冷却水的控制主要是通过向水中投加水处理化学品进而防止因水和热交换而引起的设备腐蚀和结垢。腐蚀将使得设备的使用寿命缩短，增加生产的危险系数，最终将不得不停工检修，甚至更换新设备，造成资源的浪费；结垢使得换热器换热效率急剧降低，造成能量的浪费，增加了用水量，同时也增加生产的危险系数，一段时间之后将不得不停工对垢进行清理，以便设备能正常运行。为了延长设备的使用寿命，保证设备安全长周期运行，均通过投加水处理化学品以提高水对钙、镁等易结垢离子的容忍度。

目前国内多使用的水处理药剂主要分为含磷型的和无磷型的。含磷型的有氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸、2-膦酸基-1，2，4-三羧酸丁烷、2-羟基膦基乙酸、多氨基多醚基甲叉膦酸、环己醇六磷酸酯等；无磷型的主要为聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、2-甲基-2’-丙烯酰胺基-丙烷磺酸及其与丙烯酸的共聚物等。国内专利CN101863561B“一种超高温循环水阻垢剂及其应用”开发了一种由环己醇六磷酸酯和多氨基多醚基亚甲基膦酸复配而成的阻垢剂，该发明虽具有耐高温性能，但是所使用的两种主要物质均为含磷系列；国内专利ZL200910046244.2“一种无磷绿色复合缓蚀剂”开发了一种主要由聚天冬氨酸或聚环氧琥珀酸、马来酸均聚物、丙烯酸类共聚物、无机锌盐等复合而成的水处理剂，使用效果优异，但适应水质为中碱中硬性水质。其耐高温且适用于高碱度高硬度的无磷阻垢分散缓蚀剂还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中的无磷阻垢分散缓蚀剂不适用于高碱度、高硬度的循环水体系的缺陷，提供了一种新的水溶性杯[4]芳烃衍生物及其制备方法和用途。本发明的杯[4]芳烃衍生物是一种新型的高聚物型阻垢分散剂，将其与锌盐联合使用对于高温、高碱、高硬度的循环水具有良好的阻垢分散缓蚀效果。因此本发明还提供了一种无磷阻垢分散缓蚀剂及其用途。

本发明提供了一种如式I所示的杯[4]芳烃衍生物：

式I

本发明还提供了如式I所示的杯[4]芳烃衍生物的制备方法，其包括下述步骤：

（1）在惰性气体保护下，在搅拌条件下，在N,N-二甲基甲酰胺中（以下简称DMF），将1～10份杯[4]芳烃、2～20份2-氯乙酸和2～8份氢氧化钠进行反应，浓缩，浓缩液用乙醇的水溶液溶解，用浓度为5～15wt%的稀盐酸酸化得沉淀物，固液分离，对固体进行重结晶得产物A；

（2）在搅拌条件下，于室温将产物A与浓硫酸进行反应，产物A与浓硫酸的质量体积比为0.1g/ml～5g/ml，优选0.5g/ml～1g/ml，用乙醚沉淀反应产物，固液分离后用水溶解固体，中和，过滤，干燥，用热水溶解滤饼，调节pH至8-9，过滤，滤液用乙醇沉淀，过滤，干燥即可。

步骤（1）中，DMF的用量为本领域的常规用量，一般以使反应物杯[4]芳烃、2-氯乙酸和氢氧化钠充分溶解即可，较佳地为1.3ml/g反应物～60ml/g反应物，更佳地为5ml/g反应物～10ml/g反应物。

步骤（1）中，所述反应的时间以检测反应物消耗完为准，一般为24～48小时。所述反应的温度为本领域的常规反应温度，一般为DMF的回流温度。

步骤（1）中，所述的浓缩一方面是为了去除大部分的反应溶剂DMF，另一方面是便于进行后续的溶解和沉淀。所述的浓缩可采用本领域常规的浓缩方法进行，如减压蒸馏。所述浓缩的程度可根据本领域常识进行选择，甚至能够浓缩至干。