[发明专利]一种低磷缓蚀阻垢剂的合成方法及应用

说明书

一、技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种低磷缓蚀阻垢剂的合成方法及应用。

二、背景技术

随着人们的环保意识增强，低磷和无磷类的环保型缓蚀阻垢剂越来越受到人们的重视， 钼酸盐、硅酸盐和钨酸盐等缓蚀阻垢剂由于其无磷、低毒的特性而被应用于工业循环冷却水 系统，但钼酸盐价格昂贵，使用成本较高，钨酸盐及硅酸盐在单一使用时缓蚀阻垢效果不理 想。PBTCA(2-膦酸基-1,2,4三羧酸丁烷)是一种磷含量很低的缓蚀阻垢剂，分子中磷的含量仅 占PBTCA总质量的11.5％左右，这比常用的膦系缓蚀阻垢剂HEDP(磷含量占30.1％)和ATMP (磷含量占31.1％)中的磷含量要低很多，并且PBTCA同时具备良好的阻垢性能和缓蚀性能。 其作阻垢剂时使用浓度一般为1～10mg/L，作缓蚀剂时使用浓度一般为30～80mg/L，按70mg/L 投入到循环水中使用时水体中PO₄^3-含量<0.8mg/L，远低于一般膦系药剂在循环冷却水中 PO₄^3-含量3～5mg/L，是一种低磷、低毒的缓蚀阻垢剂。

“《有机化学》，1965，第30卷12期，4020-4025页”中的PBTCA的合成是以亚磷酸三 烷酯、马来酸单酯和丙烯腈为原料，首先将亚磷酸三烷酯与马来酸单酯反应制取膦酸丁二酸 四烷酯，其再与丙烯腈进行迈克尔加成反应制得PBTCA对应的五元酯，然后将该酯在酸性 条件下水解制得PBTCA。这种合成方法工艺路线复杂，反应过程中不仅会产生剧毒的氰化物， 而且会对环境造成二次污染。本发明以亚磷酸二乙酯、顺丁烯二酸二乙酯以及丙烯酸乙酯为 原料，在催化剂作用下合成PBTCA。该方法反应条件温和，生产操作易控制，工艺流程简单， 且三废排放量少。

三、发明内容

本发明的目的是针对于传统PBTCA的合成方法工艺路线复杂，反应过程中会产生剧毒 的氰化物，而且会对环境造成二次污染等问题，以亚磷酸二乙酯、顺丁烯二酸二乙酯以及丙 烯酸乙酯为原料，在催化剂作用下合成PBTCA。该方法反应条件温和，生产操作易控制，工 艺流程简单，且三废排放量少。

本发明的主要原理为：反应(1)为亚磷酸二乙酯与顺丁烯二酸二乙酯在加入碱性催化剂 A的条件下发生亲核加成反应生成膦酸二乙酯基丁二酸二乙酯；反应(2)为反应(1)中生 成的产物与丙烯酸乙酯发生亲核加成反应，生成2—膦酸二乙酯丁烷一三羧酸乙酯；在(3) 反应中，2-膦酸二乙酯丁烷一三羧酸乙酯在催化剂B作用下发生水解，水解产物为PBTCA 与乙醇的混合物。

本发明采用的技术方案是：将一定量的亚磷酸二乙酯与顺丁烯二酸二乙酯加入反应釜中， 打开冷凝回流装置，在搅拌器转速为200r/min的搅拌条件下缓慢滴加一定量的催化剂A，待 温度上升到100℃后反应1小时。然后降温至50℃，加入一定量的丙烯酸乙酯，在搅拌状态 下反应8h。再往反应釜中加入一定量的催化剂B，升温至80℃加热水解0.5h，最终得到的 产物为黄棕色粘稠液体，即为本发明的PBTCA。其中亚磷酸二乙酯、顺丁烯二酸二乙酯、丙 烯酸乙酯和催化剂A四者投加摩尔比为：1:1:1:0.8。催化剂A为质量分数99％的乙二胺，催 化剂B为质量分数37.5％的浓盐酸。

本发明的这种PBTCA的合成方法，避免了传统合成方法中工艺路线较为复杂，反应过 程中产生剧毒氰化物，且会对环境造成二次污染等问题。本发明合成的PBTCA投加量为 5mg/L时，阻垢率达到90％以上，水体中检测到的PO₄^3-含量为0.008mg/L；投加量为56mg/L 时，缓蚀率达到了80％以上，水体中PO₄^3-含量为0.092mg/L。与HEDP和ATMP等常用膦系 水处理药剂相比较，本发明的PBTCA磷含量更低，有效降低了循环冷却水系统的磷酸盐外 排量。

本发明对合成产品PBTCA进行缓蚀阻垢性能测定方法是：将本发明合成的PBTCA按一 定质量浓度配制成水溶液，采用《水处理剂阻垢性能的测定-碳酸钙沉积法》(GB/T16632-2008) 和《水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法》(GB/T18175-2000)分别进行阻垢、缓蚀性能测定。

四、具体实施方式