钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂及其制备方法
钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理技术领域，涉及一种阻垢剂，具体涉及一种钢厂转炉浊环水系 统专用阻垢剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 钢厂生产中会产生大量转炉浊环水，其来源是由于转炉在冶炼过程中产生的转 炉烟气，含有大量的粉尘，其中主要是石灰粉和铁的氧化物。转炉烟气一般通过洗涤水湿法 除尘处理后，送至放散烟囡燃烧放散。而洗涤水经高架流槽排入一次沉淀池，经混凝沉淀及 冷却塔冷却后循环使用，该水被称为转炉浊环水。转炉浊环水由于受炼钢间断生产的影响， 水质极不稳定，其成分和性质均随冶炼周期变化而变化，该水呈碱性、悬浮物含量高、硬度 大。水中烟尘颗粒细，主要是石灰粉和铁的氧化物，为结垢型废水，水质稳定难度大。而用 于普通水处理药剂大多不适用于转炉浊环水系统，如目前国内外具有缓蚀阻垢性能的水处 理剂主要为铬酸盐，硅酸盐，钼酸盐，亚硝酸盐、有机磷酸盐以及其它的复合物，铬酸盐、亚 硝酸盐污染环境，硅酸盐有结垢风险，而有机磷酸盐等含磷配方，易对水体造成二次污染， 不符合绿色环保要求，且产品性能参差不齐，阻垢性能不高，功能单一，针对石灰粉和铁的 氧化物的处理能力不强。因此，研宄开发一种实用性强的环保型钢厂转炉浊环水系统专用 是有广泛应用价值的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的存在的不足，提供一种绿色环保型钢厂转炉浊 环水系统专用阻垢剂， 本发明还提供了上述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现： 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25~40%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20~30%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12~30%， 氧化石墨烯水分散液 3~5%， 硫酸锌 3~6%， 碳酸氢钠水溶液 15~40%。
[0005] 所述的马来酸-丙烯酸共聚物，固体含量45~55wt%，游离单体（以马来酸计） 9. Owt% ； 所述的脂肪醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20 ; 所述的氧化石墨烯水分散液，浓度为1. 5~2mg/ml，氧化石墨烯水分散液中的氧化石 墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为15~20层；粒径为 5 ~IOnm ; 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为10~15%。
[0006] 上述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，优选以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 23%。
[0007] 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，使用浓度为2~20mg/L，优选3~5mg/ 1〇
[0008] 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其PH值适用范围为7~13,温度适用范 围为0~120°C ;优选PH值范围9~11，温度范围20~90°C。
[0009] 上述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 将磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯醚和氧化石墨 烯水分散液按比例混合，加热至65~95°C，1. 5~2. Oh内滴加碳酸氢钠水溶液，调节pH值 为9~13,超声处理15~20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流0. 5~lh，再将物料 降温到75~85°C，趁热过滤，滤液降温，即为本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0010] 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸（SMA/PESA)是一种优异的多功能无磷阻垢剂，与PESA 相比，阻垢性能明显提高，具有良好的复配协同效应，结构中含有羧基、醚基、胺基、羟基、 磺酸基等多种亲水性基团，它不仅可有效地提高化合物溶解性，还可在金属表面形成配位 化合物而发生化学吸附，多种官能团的协同效应使其阻垢性能大幅提高。
[0011] 马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA)，对碳酸盐等具有很强的分散作用，热稳定性高， 可在300°C高温等恶劣条件下使用，与其它水处理药剂具有良好的相容性和协同增效作用。 对包括磷酸盐在内的水垢的生成具有良好的抑制作用，阻垢性能和耐高温性能优异。
[0012] 脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO)，是一种非离子表面活性剂，分子中的醚键不易被酸、碱 破坏，稳定性较高，水溶性较好，耐电解质，易于生物降解，配伍性好，对硬水不敏感，但随着 水温的升高，其溶解度会逐渐降低。在PH为3~11的范围内，脂肪醇聚氧乙烯醚水解稳定。
[0013] 氧化石墨烯水分散液，由氧化石墨烯薄膜制备而得，不会发生沉淀，氧化石墨烯为 一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长 久以来被视为亲水性物质，其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石 墨烯实际上具有两亲性，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能 量。氧化石墨烯与碳纳米管结构相似，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，其比表面 积可达2600平方米/克，其表面大量的活性基团如羧基、羰基、羟基、环氧基等，为污染物尤 其是重金属的吸附提供充足的活性位点，可实现污染物的痕量消除，同时多种官能团的协 同效应可有效地提高化合物溶解性，使其阻垢性能大幅提高。
[0014] 硫酸锌，在水中电离出Zn2+，与磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸复配，具有协同增效作用， 阻垢效率显著增强，同时还可提供消毒杀菌作用。
[0015] 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂中，以磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸和马来 酸-丙烯酸共聚物为阻垢剂主要成分，脂肪醇聚氧乙烯醚为辅助剂，同时添加氧化石墨烯 水分散液和硫酸锌，制得一种绿色环保的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。其中磺酸甲胺 基聚环氧琥珀酸和马来酸-丙烯酸共聚物阻垢效果优良，二者复配后协同增效作用明显， 并且有很好的降解性，对环境没有污染。加入锌盐后，磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸与Zn 2+具有 良好的协同效应，对碳钢等金属的阻垢效果明显增强。氧化石墨烯水分散液，与磺酸甲胺基 聚环氧琥珀酸和马来酸-丙烯酸共聚物兼容性好，同时具有很好的吸附性能，可痕量消除 污染物。上述成分与表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚复配后，水溶性及稳定性增强，可实现长 时间贮存，对污染物尤其是重金属增容作用明显，尤其是对Ca 2+XO广、SO,等离子阻垢效果 显著，本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂同时具有缓蚀的优点，可吸附在金属表面形 成一层很薄的膜，保护金属免受大气及有害介质的腐蚀，能有效地抑制碳钢，铜，不锈钢，铝 等金属的腐蚀，能够在较宽的给水PH范围和温度内使用，具有目前所使用的其他阻垢剂无 法比拟的优点。
[0016] 与现有技术相比，本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂及其制备方法的有益效 果为： (1)各组分含有的多种官能团的协同效应可有效地提高化合物溶解性，可实现污染物 的痕量消除，复配后使其阻垢性能大幅提高，可有效实现污染物物理吸附和化学吸附的协 同作用，能够在较宽的给水PH范围和温度内使用，同时还兼具优良的缓蚀效果。
[0017] (2)生产工艺简单，无"三废"排放，稳定性及水溶性好，主要成分可生物降解、无 毒、无磷、无污染、无腐蚀性，加药量少，对环境友好。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例和对比例将有助于本领 域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。对本领域的普通技术人员， 在不脱离本发明构思的前提下做出的改进，都属于本发明的保护范围。
[0019] 本发明实施例所用各原料均由市场购买得到； 所用的脂肪醇聚氧乙烯醚，规格为：固体含量48wt%，游离单体（以马来酸计)9. Owt%，数 均分子量450~700 ; 所述的脂肪醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20 ; 所用的氧化石墨烯水分散液为南京先丰纳米材料科技有限公司生产，浓度为I. 5mg/ ml，所含的氧化石墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为 15~20层，粒径为5~10nm。
[0020] 实施例1 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 23%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%。
[0021] 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯 醚和氧化石墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至90°C，2. Oh内滴加碳酸氢钠水溶 液，调节PH值为11，超声处理20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流lh，再将物料降 温到80°C，趁热过滤，滤液降温，即为本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0022] 实施例2 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12%， 氧化石墨烯水分散液 3%， 硫酸锌 3%， 碳酸氢钠水溶液 37%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%。
[0023] 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯 醚和氧化石墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至 80°C，I. 5h内滴加碳酸氢钠水溶 液，调节pH值为9,超声处理15min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流0. 5h，再将物料降 温到75°C，趁热过滤，滤液降温，即为本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0024] 实施例3 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 40%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 15%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 4%， 碳酸氢钠水溶液 15%。
[0025] 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%。
[0026] 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯 醚和氧化石墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至65 °C，2. Oh内滴加碳酸氢钠水溶 液，调节PH值为13,超声处理20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流lh，再将物料降 温到85°C，趁热过滤，滤液降温，即为本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0027] 实施例4 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 30%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12%， 氧化石墨烯水分散液 5%， 硫酸锌 6%， 碳酸氢钠水溶液 17%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为10%，制备方法同实施例1。
[0028] 实施例5 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 30%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 16%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为15%，制备方法同实施例1。
[0029] 实施例6 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 35%， 马来酸-丙烯酸共聚物 25%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 15%， 氧化石墨烯水分散液 5%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 15%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%，制备方法同实施例1。
[0030] 对比例1 参照实施例1，SPESA代替磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸（MA/PESA)。
[0031] 对比例2 参照实施例1，不加氧化石墨烯水分散液，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 27%。 对比例3 一种无磷阻垢剂： AL-〇ne 70%， AA/AHPS磺酸盐共聚物 12%， KOH 1%， 其余为去离子水。
[0032] 制备方法：原料按比例依次加入容器内，室温搅拌1~I. 5h即可。
[0033] 应用试验与结果 1、试验样品及分组： 实验组1~6,使用本发明制得的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，分别对应实施例 1~6 ; 对照组1、2和3,分别使用对比例1、2和3制得的阻垢剂，A为磺酸甲胺基聚环氧琥珀 酸，B为马来酸-丙烯酸共聚物，C为脂肪醇聚氧乙烯醚，D为硫酸锌水溶液。
[0034] 2、阻CaCO3性能测定 碳酸钙沉积法原理：以含有一定量碳酸氢根和钙离子的配制水和阻垢剂制备成试液。 在加热条件下促使碳酸氢钙加速分解为CaCO3。达到平衡后测定试液中的Ca2+浓度，Ca 2+浓 度愈大则该药剂阻垢性能越好。
[0035] 静态阻0&〇)3的试验条件：用去离子水配置500ml浓度5mg/L阻垢剂，Ca 2+质量浓 度260mg/L，HOT质量浓度760mg/L，并用氢氧化钠调节pH为9. 0,然后静置于恒温水浴中， 温度80 °C，保温IOh后，冷却，用0. 22Mm的微孔过滤器过滤，用EDTA法测定Ca2+浓度，同时 做空白试验。
[0036] 阻垢率η按以下公式计算： n = (C1-C0V(C2-C0)XKKF0 C1 一加阻垢剂后试液试验后的钙离子浓度，mg/L Ctl一未加阻垢剂的空白试液试验后的钙离子浓度，mg/L (：2-试验前配好的试液中钙离子浓度，mg/L。
[0037] 3、阻CaSO4性能测定 试验条件：用去离子水配置500ml浓度5mg/L阻垢剂，Ca2+质量浓度260mg/L,、S0广质 量浓度760mg/L，并用氢氧化钠调节pH为9. 0,然后静置于恒温水浴中，温度80°C，保温IOh 后，冷却，用0. 22ΜΠ1的微孔过滤器过滤，用EDTA法测定Ca2+浓度，同时做空白试验。
[0038] 计算方法参照阻CaCO3性能测定。
[0039] 4、分散氧化铁性能测定 试验条件：用去离子水配置500ml浓度5mg/L阻垢剂，Ca2+质量浓度60mg/L，Fe2+质量浓 度10mg/L，并用质量浓度15%的碳酸氢钠调节pH为9. 0,稳定后，快速搅拌15min，然后静置 于恒温水浴中，温度50°C，保温IOh后，冷却，取上层清液，用分光光度计测透光率（420nm)， 透光率越小，分散氧化铁性能越好。
[0040] 5、缓蚀试验 试验用水：总硬度为645mg/L，Ca2+为455mg/L，总碱度为348mg/L，SO广为 140mg/L，Cl 为 131mg/L。
[0041] 药剂用量：20mg/L 试验方法：采用旋转挂片失重法：按照HG/T2159-91方法进行缓蚀性能评定，试验温 度：50°C，旋转速度：80r/min，试验时间：72h，材质为不锈钢，其结果见表1。
[0042] 6、与絮凝剂兼容性能测定 与絮凝剂聚合氯化铝（PAC)和聚丙烯酰胺（PAM)(阴离子型，阳离子型，非离子型)兼容 性试验。
[0043] 7、具体结果如表1 表1性能测定结果
上述结果表明，本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂具有很好的阻垢性能，同时还 兼具优良的缓蚀效果，综合性能较好，性价比较高。
【主权项】
1. 一种钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的组 分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25~40%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20~30%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12~30%， 氧化石墨烯水分散液 3~5%， 硫酸锌 3~6%， 碳酸氢钠水溶液 15~40%。2. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的马来 酸-丙稀酸共聚物，固体含量45~55wt%，游离单体（以马来酸计）< 9.Owt%。3. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的脂肪 醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20。4. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的氧化 石墨稀水分散液，浓度为1. 5~2mg/ml，氧化石墨稀水分散液中的氧化石墨稀为碳层表面 具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为15~20层，粒径为5~10nm。5. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的碳酸 氢钠水溶液质量分数为10~15%。6. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于，包括以下质 量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 23%。7. 根据1-6任一权利要求所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：使用 浓度为2~20mg/L，其PH值适用范围为7~13,温度适用范围为0~120°C。8. 根据权利要求7所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：使用浓度为 3~5mg/l，其PH值适用范围为9~11，温度适用范围为20~90°C。9. 上述1-6任一权利要求所述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法，其特征在 于：将磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯醚和氧化石墨烯 水分散液按比例混合，加热至65~95°C，1. 5~2.Oh内滴加碳酸氢钠水溶液，调节pH值为 9~13,超声处理15~20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流0. 5~lh，再将物料降 温到75~85°C，趁热过滤，滤液降温，即为本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
【专利摘要】本发明涉及一种钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂及其制备方法，包括以下质量百分含量的组分：磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸25～40%，马来酸-丙烯酸共聚物20～30%，脂肪醇聚氧乙烯醚12～30%，氧化石墨烯水分散液3～5%，硫酸锌3～6%，碳酸氢钠水溶液15～40%。本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂各组分协同效应，可实现污染物的痕量消除，复配后使其阻垢性能大幅提高，可有效实现污染物物理吸附和化学吸附的协同作用，能够在较宽的给水pH范围和温度内使用，同时还兼具优良的缓蚀效果。生产工艺简单，无“三废”排放，稳定性及水溶性好，主要成分可生物降解、无毒、无磷、无污染、无腐蚀性，加药量少，对环境友好。
【IPC分类】C02F5/08, C02F5/12
【公开号】CN104891683
【申请号】CN201510231272
【发明人】张宗峰, 张忠训, 杨森
【申请人】山东应天节能环保科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理技术领域，涉及一种阻垢剂，具体涉及一种钢厂转炉浊环水系 统专用阻垢剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 钢厂生产中会产生大量转炉浊环水，其来源是由于转炉在冶炼过程中产生的转 炉烟气，含有大量的粉尘，其中主要是石灰粉和铁的氧化物。转炉烟气一般通过洗涤水湿法 除尘处理后，送至放散烟囡燃烧放散。而洗涤水经高架流槽排入一次沉淀池，经混凝沉淀及 冷却塔冷却后循环使用，该水被称为转炉浊环水。转炉浊环水由于受炼钢间断生产的影响， 水质极不稳定，其成分和性质均随冶炼周期变化而变化，该水呈碱性、悬浮物含量高、硬度 大。水中烟尘颗粒细，主要是石灰粉和铁的氧化物，为结垢型废水，水质稳定难度大。而用 于普通水处理药剂大多不适用于转炉浊环水系统，如目前国内外具有缓蚀阻垢性能的水处 理剂主要为铬酸盐，硅酸盐，钼酸盐，亚硝酸盐、有机磷酸盐以及其它的复合物，铬酸盐、亚 硝酸盐污染环境，硅酸盐有结垢风险，而有机磷酸盐等含磷配方，易对水体造成二次污染， 不符合绿色环保要求，且产品性能参差不齐，阻垢性能不高，功能单一，针对石灰粉和铁的 氧化物的处理能力不强。因此，研宄开发一种实用性强的环保型钢厂转炉浊环水系统专用 是有广泛应用价值的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的存在的不足，提供一种绿色环保型钢厂转炉浊 环水系统专用阻垢剂， 本发明还提供了上述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现： 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25~40%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20~30%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12~30%， 氧化石墨烯水分散液 3~5%， 硫酸锌 3~6%， 碳酸氢钠水溶液 15~40%。
[0005] 所述的马来酸-丙烯酸共聚物，固体含量45~55wt%，游离单体（以马来酸计） 9. Owt% ； 所述的脂肪醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20 ; 所述的氧化石墨烯水分散液，浓度为1. 5~2mg/ml，氧化石墨烯水分散液中的氧化石 墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为15~20层；粒径为 5 ~IOnm ; 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为10~15%。
[0006] 上述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，优选以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 23%。
[0007] 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，使用浓度为2~20mg/L，优选3~5mg/ 1〇
[0008] 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其PH值适用范围为7~13,温度适用范 围为0~120°C ;优选PH值范围9~11，温度范围20~90°C。
[0009] 上述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 将磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯醚和氧化石墨 烯水分散液按比例混合，加热至65~95°C，1. 5~2. Oh内滴加碳酸氢钠水溶液，调节pH值 为9~13,超声处理15~20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流0. 5~lh，再将物料 降温到75~85°C，趁热过滤，滤液降温，即为本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0010] 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸（SMA/PESA)是一种优异的多功能无磷阻垢剂，与PESA 相比，阻垢性能明显提高，具有良好的复配协同效应，结构中含有羧基、醚基、胺基、羟基、 磺酸基等多种亲水性基团，它不仅可有效地提高化合物溶解性，还可在金属表面形成配位 化合物而发生化学吸附，多种官能团的协同效应使其阻垢性能大幅提高。
[0011] 马来酸-丙烯酸共聚物（MA/AA)，对碳酸盐等具有很强的分散作用，热稳定性高， 可在300°C高温等恶劣条件下使用，与其它水处理药剂具有良好的相容性和协同增效作用。 对包括磷酸盐在内的水垢的生成具有良好的抑制作用，阻垢性能和耐高温性能优异。
[0012] 脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO)，是一种非离子表面活性剂，分子中的醚键不易被酸、碱 破坏，稳定性较高，水溶性较好，耐电解质，易于生物降解，配伍性好，对硬水不敏感，但随着 水温的升高，其溶解度会逐渐降低。在PH为3~11的范围内，脂肪醇聚氧乙烯醚水解稳定。
[0013] 氧化石墨烯水分散液，由氧化石墨烯薄膜制备而得，不会发生沉淀，氧化石墨烯为 一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长 久以来被视为亲水性物质，其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石 墨烯实际上具有两亲性，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能 量。氧化石墨烯与碳纳米管结构相似，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，其比表面 积可达2600平方米/克，其表面大量的活性基团如羧基、羰基、羟基、环氧基等，为污染物尤 其是重金属的吸附提供充足的活性位点，可实现污染物的痕量消除，同时多种官能团的协 同效应可有效地提高化合物溶解性，使其阻垢性能大幅提高。
[0014] 硫酸锌，在水中电离出Zn2+，与磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸复配，具有协同增效作用， 阻垢效率显著增强，同时还可提供消毒杀菌作用。
[0015] 本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂中，以磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸和马来 酸-丙烯酸共聚物为阻垢剂主要成分，脂肪醇聚氧乙烯醚为辅助剂，同时添加氧化石墨烯 水分散液和硫酸锌，制得一种绿色环保的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。其中磺酸甲胺 基聚环氧琥珀酸和马来酸-丙烯酸共聚物阻垢效果优良，二者复配后协同增效作用明显， 并且有很好的降解性，对环境没有污染。加入锌盐后，磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸与Zn 2+具有 良好的协同效应，对碳钢等金属的阻垢效果明显增强。氧化石墨烯水分散液，与磺酸甲胺基 聚环氧琥珀酸和马来酸-丙烯酸共聚物兼容性好，同时具有很好的吸附性能，可痕量消除 污染物。上述成分与表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚复配后，水溶性及稳定性增强，可实现长 时间贮存，对污染物尤其是重金属增容作用明显，尤其是对Ca 2+XO广、SO,等离子阻垢效果 显著，本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂同时具有缓蚀的优点，可吸附在金属表面形 成一层很薄的膜，保护金属免受大气及有害介质的腐蚀，能有效地抑制碳钢，铜，不锈钢，铝 等金属的腐蚀，能够在较宽的给水PH范围和温度内使用，具有目前所使用的其他阻垢剂无 法比拟的优点。
[0016] 与现有技术相比，本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂及其制备方法的有益效 果为： (1)各组分含有的多种官能团的协同效应可有效地提高化合物溶解性，可实现污染物 的痕量消除，复配后使其阻垢性能大幅提高，可有效实现污染物物理吸附和化学吸附的协 同作用，能够在较宽的给水PH范围和温度内使用，同时还兼具优良的缓蚀效果。
[0017] (2)生产工艺简单，无"三废"排放，稳定性及水溶性好，主要成分可生物降解、无 毒、无磷、无污染、无腐蚀性，加药量少，对环境友好。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例和对比例将有助于本领 域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。对本领域的普通技术人员， 在不脱离本发明构思的前提下做出的改进，都属于本发明的保护范围。
[0019] 本发明实施例所用各原料均由市场购买得到； 所用的脂肪醇聚氧乙烯醚，规格为：固体含量48wt%，游离单体（以马来酸计)9. Owt%，数 均分子量450~700 ; 所述的脂肪醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20 ; 所用的氧化石墨烯水分散液为南京先丰纳米材料科技有限公司生产，浓度为I. 5mg/ ml，所含的氧化石墨烯为碳层表面具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为 15~20层，粒径为5~10nm。
[0020] 实施例1 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 23%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%。
[0021] 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯 醚和氧化石墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至90°C，2. Oh内滴加碳酸氢钠水溶 液，调节PH值为11，超声处理20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流lh，再将物料降 温到80°C，趁热过滤，滤液降温，即为本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0022] 实施例2 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12%， 氧化石墨烯水分散液 3%， 硫酸锌 3%， 碳酸氢钠水溶液 37%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%。
[0023] 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯 醚和氧化石墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至 80°C，I. 5h内滴加碳酸氢钠水溶 液，调节pH值为9,超声处理15min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流0. 5h，再将物料降 温到75°C，趁热过滤，滤液降温，即为本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0024] 实施例3 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 40%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 15%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 4%， 碳酸氢钠水溶液 15%。
[0025] 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%。
[0026] 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法为： 按比例分别称取磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯 醚和氧化石墨烯水分散液，依次加入容器中，混合，加热至65 °C，2. Oh内滴加碳酸氢钠水溶 液，调节PH值为13,超声处理20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流lh，再将物料降 温到85°C，趁热过滤，滤液降温，即为本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
[0027] 实施例4 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 30%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12%， 氧化石墨烯水分散液 5%， 硫酸锌 6%， 碳酸氢钠水溶液 17%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为10%，制备方法同实施例1。
[0028] 实施例5 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 30%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 16%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为15%，制备方法同实施例1。
[0029] 实施例6 本实施例钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 35%， 马来酸-丙烯酸共聚物 25%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 15%， 氧化石墨烯水分散液 5%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 15%， 所述的碳酸氢钠水溶液质量分数为12%，制备方法同实施例1。
[0030] 对比例1 参照实施例1，SPESA代替磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸（MA/PESA)。
[0031] 对比例2 参照实施例1，不加氧化石墨烯水分散液，包括以下质量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 27%。 对比例3 一种无磷阻垢剂： AL-〇ne 70%， AA/AHPS磺酸盐共聚物 12%， KOH 1%， 其余为去离子水。
[0032] 制备方法：原料按比例依次加入容器内，室温搅拌1~I. 5h即可。
[0033] 应用试验与结果 1、试验样品及分组： 实验组1~6,使用本发明制得的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，分别对应实施例 1~6 ; 对照组1、2和3,分别使用对比例1、2和3制得的阻垢剂，A为磺酸甲胺基聚环氧琥珀 酸，B为马来酸-丙烯酸共聚物，C为脂肪醇聚氧乙烯醚，D为硫酸锌水溶液。
[0034] 2、阻CaCO3性能测定 碳酸钙沉积法原理：以含有一定量碳酸氢根和钙离子的配制水和阻垢剂制备成试液。 在加热条件下促使碳酸氢钙加速分解为CaCO3。达到平衡后测定试液中的Ca2+浓度，Ca 2+浓 度愈大则该药剂阻垢性能越好。
[0035] 静态阻0&〇)3的试验条件：用去离子水配置500ml浓度5mg/L阻垢剂，Ca 2+质量浓 度260mg/L，HOT质量浓度760mg/L，并用氢氧化钠调节pH为9. 0,然后静置于恒温水浴中， 温度80 °C，保温IOh后，冷却，用0. 22Mm的微孔过滤器过滤，用EDTA法测定Ca2+浓度，同时 做空白试验。
[0036] 阻垢率η按以下公式计算： n = (C1-C0V(C2-C0)XKKF0 C1 一加阻垢剂后试液试验后的钙离子浓度，mg/L Ctl一未加阻垢剂的空白试液试验后的钙离子浓度，mg/L (：2-试验前配好的试液中钙离子浓度，mg/L。
[0037] 3、阻CaSO4性能测定 试验条件：用去离子水配置500ml浓度5mg/L阻垢剂，Ca2+质量浓度260mg/L,、S0广质 量浓度760mg/L，并用氢氧化钠调节pH为9. 0,然后静置于恒温水浴中，温度80°C，保温IOh 后，冷却，用0. 22ΜΠ1的微孔过滤器过滤，用EDTA法测定Ca2+浓度，同时做空白试验。
[0038] 计算方法参照阻CaCO3性能测定。
[0039] 4、分散氧化铁性能测定 试验条件：用去离子水配置500ml浓度5mg/L阻垢剂，Ca2+质量浓度60mg/L，Fe2+质量浓 度10mg/L，并用质量浓度15%的碳酸氢钠调节pH为9. 0,稳定后，快速搅拌15min，然后静置 于恒温水浴中，温度50°C，保温IOh后，冷却，取上层清液，用分光光度计测透光率（420nm)， 透光率越小，分散氧化铁性能越好。
[0040] 5、缓蚀试验 试验用水：总硬度为645mg/L，Ca2+为455mg/L，总碱度为348mg/L，SO广为 140mg/L，Cl 为 131mg/L。
[0041] 药剂用量：20mg/L 试验方法：采用旋转挂片失重法：按照HG/T2159-91方法进行缓蚀性能评定，试验温 度：50°C，旋转速度：80r/min，试验时间：72h，材质为不锈钢，其结果见表1。
[0042] 6、与絮凝剂兼容性能测定 与絮凝剂聚合氯化铝（PAC)和聚丙烯酰胺（PAM)(阴离子型，阳离子型，非离子型)兼容 性试验。
[0043] 7、具体结果如表1 表1性能测定结果
上述结果表明，本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂具有很好的阻垢性能，同时还 兼具优良的缓蚀效果，综合性能较好，性价比较高。
【主权项】
1. 一种钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的组 分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 25~40%， 马来酸-丙烯酸共聚物 20~30%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 12~30%， 氧化石墨烯水分散液 3~5%， 硫酸锌 3~6%， 碳酸氢钠水溶液 15~40%。2. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的马来 酸-丙稀酸共聚物，固体含量45~55wt%，游离单体（以马来酸计）< 9.Owt%。3. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的脂肪 醇聚氧乙烯醚，聚合度为18~20。4. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的氧化 石墨稀水分散液，浓度为1. 5~2mg/ml，氧化石墨稀水分散液中的氧化石墨稀为碳层表面 具有羟基、羧基或羰基官能团的改性石墨烯，层数为15~20层，粒径为5~10nm。5. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：所述的碳酸 氢钠水溶液质量分数为10~15%。6. 根据权利要求1所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于，包括以下质 量百分含量的组分： 磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸 30%， 马来酸-丙烯酸共聚物 22%， 脂肪醇聚氧乙烯醚 16%， 氧化石墨烯水分散液 4%， 硫酸锌 5%， 碳酸氢钠水溶液 23%。7. 根据1-6任一权利要求所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：使用 浓度为2~20mg/L，其PH值适用范围为7~13,温度适用范围为0~120°C。8. 根据权利要求7所述的钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂，其特征在于：使用浓度为 3~5mg/l，其PH值适用范围为9~11，温度适用范围为20~90°C。9. 上述1-6任一权利要求所述钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂的制备方法，其特征在 于：将磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸、马来酸-丙烯酸共聚物、脂肪醇聚氧乙烯醚和氧化石墨烯 水分散液按比例混合，加热至65~95°C，1. 5~2.Oh内滴加碳酸氢钠水溶液，调节pH值为 9~13,超声处理15~20min，然后升温至105°C，加入硫酸锌，回流0. 5~lh，再将物料降 温到75~85°C，趁热过滤，滤液降温，即为本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂。
【专利摘要】本发明涉及一种钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂及其制备方法，包括以下质量百分含量的组分：磺酸甲胺基聚环氧琥珀酸25～40%，马来酸-丙烯酸共聚物20～30%，脂肪醇聚氧乙烯醚12～30%，氧化石墨烯水分散液3～5%，硫酸锌3～6%，碳酸氢钠水溶液15～40%。本发明钢厂转炉浊环水系统专用阻垢剂各组分协同效应，可实现污染物的痕量消除，复配后使其阻垢性能大幅提高，可有效实现污染物物理吸附和化学吸附的协同作用，能够在较宽的给水pH范围和温度内使用，同时还兼具优良的缓蚀效果。生产工艺简单，无“三废”排放，稳定性及水溶性好，主要成分可生物降解、无毒、无磷、无污染、无腐蚀性，加药量少，对环境友好。
【IPC分类】C02F5/08, C02F5/12
【公开号】CN104891683
【申请号】CN201510231272
【发明人】张宗峰, 张忠训, 杨森
【申请人】山东应天节能环保科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月8日
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