本發明專利技術公開了一種低磷緩蝕阻垢劑的合成方法及應用。向反應釜中加入一定量的亞磷酸二乙酯與順丁烯二酸二乙酯，在攪拌器轉速為200r/min的攪拌條件下緩慢滴加一定量的催化劑A，100℃下反應1小時，降溫至50℃，再加入一定量的丙烯酸乙酯反應8h后，再往反應釜中加入一定量的催化劑B，升溫至80℃加熱水解0.5h，得到黃棕色粘稠液體即為本發明專利技術的PBTCA。當循環冷卻水溫度為40℃，投加量為5g/m3時，阻垢率達90.70％；投加量為56g/m3時，緩蝕率達81.62％，腐蝕速率為0.110mm/a，達到了《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB50050-2007)中要求低于0.125mm/a的要求。
【技術實現步驟摘要】
一、
本專利技術屬于水處理
，具體涉及一種低磷緩蝕阻垢劑的合成方法及應用。二、
技術介紹
隨著人們的環保意識增強，低磷和無磷類的環保型緩蝕阻垢劑越來越受到人們的重視，鉬酸鹽、硅酸鹽和鎢酸鹽等緩蝕阻垢劑由于其無磷、低毒的特性而被應用于工業循環冷卻水系統，但鉬酸鹽價格昂貴，使用成本較高，鎢酸鹽及硅酸鹽在單一使用時緩蝕阻垢效果不理想。PBTCA(2-膦酸基-1,2,4三羧酸丁烷)是一種磷含量很低的緩蝕阻垢劑，分子中磷的含量僅占PBTCA總質量的11.5％左右，這比常用的膦系緩蝕阻垢劑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同時具備良好的阻垢性能和緩蝕性能。其作阻垢劑時使用濃度一般為1～10mg/L，作緩蝕劑時使用濃度一般為30～80mg/L，按70mg/L投入到循環水中使用時水體中PO43-含量<0.8mg/L，遠低于一般膦系藥劑在循環冷卻水中PO43-含量3～5mg/L，是一種低磷、低毒的緩蝕阻垢劑。“《有機化學》，1965，第30卷12期，4020-4025頁”中的PBTCA的合成是以亞磷酸三烷酯、馬來酸單酯和丙烯腈為原料，首先將亞磷酸三烷酯與馬來酸單酯反應制取膦酸丁二酸四烷酯，其再與丙烯腈進行邁克爾加成反應制得PBTCA對應的五元酯，然后將該酯在酸性條件下水解制得PBTCA。這種合成方法工藝路線復雜，反應過程中不僅會產生劇毒的氰化物，而且會對環境造成二次污染。本專利技術以亞磷酸二乙酯、順丁烯二酸二乙酯以及丙烯酸乙酯為原料，在催化劑作用下合成PBTCA。該方法反應條件溫和，生產操作易控制，工藝流程簡單，且三廢排放量少。三、
技術實現思路
本專利技術的目的是針對于傳統PBTCA的合成方法工藝路線復雜，反應過程中會產生劇毒的氰化物，而且會對環境造成二次污染等問題，以亞磷酸二乙酯、順丁烯二酸二乙酯以及丙烯酸乙酯為原料，在催化劑作用下合成PBTCA。該方法反應條件溫和，生產操作易控制，工藝流程簡單，且三廢排放量少。本專利技術的主要原理為：反應(1)為亞磷酸二乙酯與順丁烯二酸二乙酯在加入堿性催化劑A的條件下發生親核加成反應生成膦酸二乙酯基丁二酸二乙酯；反應(2)為反應(1)中生成的產物與丙烯酸乙酯發生親核加成反應，生成2—膦酸二乙酯丁烷一三羧酸乙酯；在(3)反應中，2-膦酸二乙酯丁烷一三羧酸乙酯在催化劑B作用下發生水解，水解產物為PBTCA與乙醇的混合物。本專利技術采用的技術方案是：將一定量的亞磷酸二乙酯與順丁烯二酸二乙酯加入反應釜中，打開冷凝回流裝置，在攪拌器轉速為200r/min的攪拌條件下緩慢滴加一定量的催化劑A，待溫度上升到100℃后反應1小時。然后降溫至50℃，加入一定量的丙烯酸乙酯，在攪拌狀態下反應8h。再往反應釜中加入一定量的催化劑B，升溫至80℃加熱水解0.5h，最終得到的產物為黃棕色粘稠液體，即為本專利技術的PBTCA。其中亞磷酸二乙酯、順丁烯二酸二乙酯、丙烯酸乙酯和催化劑A四者投加摩爾比為：1:1:1:0.8。催化劑A為質量分數99％的乙二胺，催化劑B為質量分數37.5％的濃鹽酸。本專利技術的這種PBTCA的合成方法，避免了傳統合成方法中工藝路線較為復雜，反應過程中產生劇毒氰化物，且會對環境造成二次污染等問題。本專利技術合成的PBTCA投加量為5mg/L時，阻垢率達到90％以上，水體中檢測到的PO43-含量為0.008mg/L；投加量為56mg/L時，緩蝕率達到了80％以上，水體中PO43-含量為0.092mg/L。與HEDP和ATMP等常用膦系水處理藥劑相比較，本專利技術的PBTCA磷含量更低，有效降低了循環冷卻水系統的磷酸鹽外排量。本專利技術對合成產品PBTCA進行緩蝕阻垢性能測定方法是：將本專利技術合成的PBTCA按一定質量濃度配制成水溶液，采用《水處理劑阻垢性能的測定-碳酸鈣沉積法》(GB/T16632-2008)和《水處理劑緩蝕性能的測定-旋轉掛片法》(GB/T18175-2000)分別進行阻垢、緩蝕性能測定。四、具體實施方式本專利技術提供的低磷緩蝕阻垢劑的合成方法如下：將一定量的亞磷酸二乙酯與順丁烯二酸二乙酯加入反應釜中，打開冷凝回流裝置，在攪拌器轉速為200r/min的攪拌條件下緩慢滴加一定量的催化劑A，待溫度上升到100℃后反應1小時。然后降溫至50℃，加入一定量的丙烯酸乙酯，在攪拌狀態下反應8h。再往反應釜中加入一定量的催化劑B，升溫至80℃加熱水解0.5h，最終得到的產物為黃棕色粘稠液體，即為本專利技術的PBTCA。其中亞磷酸二乙酯、順丁烯二酸二乙酯、丙烯酸乙酯和催化劑A四者投加摩爾比為：1:1:1:0.8。催化劑A為質量分數99％的乙二胺，催化劑B為質量分數37.5％的濃鹽酸。本專利技術的亞磷酸二乙酯的分子量是138，順丁烯二酸二乙酯的分子量是172，催化劑A的分子量是60，丙烯酸乙酯的分子量是100，PBTCA的分子量是270。將本專利技術合成的PBTCA按質量濃度為1kg/m3和10kg/m3配制成水溶液，分別進行阻垢、緩蝕性能測定，當溫度為40℃，投加量為5～10g/m3時，阻垢率達90.7％以上；投加量為56～72g/m3時，緩蝕率達81.6％以上。以下提供本專利技術的6個實施例實施例1向反應釜中加入6.9kg亞磷酸二乙酯和8.6kg順丁烯二乙酯，打開冷凝回流裝置，在攪拌器轉速為200r/min，在攪拌器轉速為200r/min的攪拌條件下緩慢滴加2.4kg催化劑A，待溫度上升到100℃后反應1小時。然后降溫至50℃，加入5.0kg丙烯酸乙酯，在攪拌狀態下反應8h。再往反應釜中加入8L的催化劑B，升溫至80℃加熱水解0.5h，最終得到的產物為黃棕色粘稠液體12.5kg，即為本專利技術的PBTCA。當循環冷卻水溫度為40℃，投加量為5g/m3時，阻垢率達90.70％；投加量為56g/m3時，緩蝕率達81.62％，腐蝕速率為0.11mm/a，達到了《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB50050-2007)中要求﹤0.125mm/a的標準。當循環水量為2000m3/h，每年至少可以減少PO43-排放量50t。實施例2-6與實施例1的不同之處為：合成配方、藥劑投加量、溫度等條件不同。不同條件下藥劑的產量及緩蝕、阻垢性能的測試結果如表1所示：表1本專利技術藥劑合成配方、藥劑產量和緩蝕阻垢性能測試結果本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種低磷緩蝕阻垢劑的合成方法及應用。其特征是采用如下步驟進行：將一定量的亞磷酸二乙酯與順丁烯二酸二乙酯加入反應釜中，打開冷凝回流裝置，在攪拌器轉速為200r/min的攪拌條件下緩慢滴加一定量的催化劑A，待溫度上升到100℃后反應1小時。然后降溫至50℃，加入一定量的丙烯酸乙酯，在攪拌狀態下反應8h。再往反應釜中加入一定量的催化劑B，升溫至80℃加熱水解0.5h，最終得到的產物為黃棕色粘稠液體，即為本專利技術的PBTCA。
【技術特征摘要】
1.一種低磷緩蝕阻垢劑的合成方法及應用。其特征是采用如下步驟進行：
將一定量的亞磷酸二乙酯與順丁烯二酸二乙酯加入反應釜中，打開冷凝回流裝置，在攪
拌器轉速為200r/min的攪拌條件下緩慢滴加一定量的催化劑A，待溫度上升到100℃后反應
1小時。然后降溫至50℃，加入一定量的丙烯酸乙酯，在攪拌狀態下反應8h。再往反應釜中
加入一定量的催化劑B，升溫至80℃加熱水解0.5h，最終得...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張文藝，鄧文，李美娟，陳萍，錢棟，胡躍平，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。