[发明专利]一种核壳结构膜阻垢剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构膜阻垢剂及其制备方法，其中核壳结构膜阻垢剂包括乳液聚合法得到的核乳液和紫外光接枝功能单体得到的壳结构。制备方法包括：首先采用乳液聚合法制备核，在聚合后期加入反应型光引发剂，使其接枝在核表面，最后通过紫外光引发聚合功能性单体得到核壳结构膜阻垢剂。本发明对核表面结构进行改性，使其表面接枝大量的可电离基团，能够吸附大量Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等成垢离子，具有优良的阻垢性能，可广泛应用于市政、电力、造纸、环保、生活用水等水处理中膜系统的阻垢领域。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构膜阻垢剂及其制备方法。

背景技术

随着水资源的日益短缺和环保意识的逐步增强，膜技术被广泛应用于市政、电力、造纸、环保、生活用水等水处理领域。结垢是是影响膜正常运行的主要问题之一，当膜表面有垢沉积时，降低膜渗透系统的工作效率、减少膜及其设备的使用寿命，故需要停运设备进行化学清洗，甚至更换膜元件，工作量大、成本高。膜阻垢剂是一种专为反渗透系统、纳滤膜系统、超滤膜系统、微滤膜系统开发的高效阻垢剂，特点是利用晶格畸变、分散作用降低积聚在膜表面污垢与沉淀物造成的渗透性能恶化，透过量减少以及能耗增大等问题。

膜阻垢剂可分为聚磷酸盐类、有机磷酸盐类、有机磷酸酯类、聚合物类等四大类。其中，聚磷酸盐类阻垢剂阻垢机理是通过分子中的部分官能团或静电力吸附在晶体(晶核)表面的活性点上，以此减缓晶体的生长，使许多晶体保持在微晶状态，增加其溶解度；有机磷酸盐类阻垢剂主要是通过减缓晶体生长和晶格畸变这两种作用进行阻垢。而有机磷酸酯对碳酸钙垢的阻垢效果很差，因此在反渗透系统中使用效果不好。聚合物类阻垢剂主要以聚丙烯酸，水解马来酸酐，马来酸酐-丙烯酸共聚物，丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物，磷羧酸共聚物，磺酸基聚羧酸为主。这类阻垢剂中的阴离子基团与成垢离子碰撞时，会发生物理化学吸附现象，使成垢离子的表面形成双电层而带负电。因阻垢剂的链状结构可吸附多个相同电荷的成垢离子，静电斥力可阻止成垢离子相互碰撞，从而避免了大晶体的形成。在吸附产物碰到其它阻垢剂分子时，将已吸附的晶体转移过去，出现晶粒均匀分散现象。

中国专利文献CN102399018B提供的技术方案以一种树枝状大分子、丙烯酸/丙烯酰胺共聚物、有机膦酸或有机羧酸类聚合物互配进行阻垢。

中国专利文献专利CN103191646B提供的技术方案利用磺酸盐共聚物，聚环氧琥珀酸，聚天冬氨酸，苯并异噻唑啉酮，去离子水等除垢。

中国专利文献专利CN101423299B提供的技术方案以丙烯酸、丙烯酸甲酯和丙烯磺酸三元共聚物、磷羧酸类阻垢剂、有机磷酸类阻垢剂复配进行阻垢。

中国专利文献专利CN108367252A提供的技术方案利用A成分(马来酸与丙烯酸烷基酯与乙酸乙烯酯的三元共聚物)和B成分(羧酸的均聚物)进行复配，达到阻垢目的。

上述专利中膜阻垢剂均以线性、支化等结构为主，所带阴离子基团少，吸附成垢离子能力弱，不能有效阻垢，并且复配不同类型的阻垢剂使用，具有阻垢效率低、用量大等缺点。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的技术问题，提供一种核壳结构膜阻垢剂及其制备方法。

实现本发明目的的第一个技术方案是：一种核壳结构膜阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将核单体、乳化剂、引发剂加到去离子水中，通氮除氧，聚合得到预乳液；

步骤二，在步骤一制得的预乳液中加入反应型光引发剂，搅拌均匀得到核乳液；

步骤三，将核乳液和功能性单体溶于去离子水中后加入到紫外光反应器中，通氮除氧，聚合得到膜阻垢剂。

所述核单体为选自苯乙烯、甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或几种的组合。