[發明專利]一種環氧琥珀酸聚合物、其制備方法及其與磁場、靜電聯合水處理系統和方法

有效

• 申請號: 201610642120.0
• 申請日: 2016-08-08
• 公開（公告）號: CN106279530B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 劉振法;李海花;張利輝;高玉華;郭茹輝
• 申請（專利權）人: 河北省科學院能源研究所
• 主分類號: C08F222/06
• 分類號: C08F222/06;C08F222/02;C08F220/58;C02F5/12;C02F1/48
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司13100
• 代理人: 劉磊娜

技術領域

本發明屬于化工產品和水處理技術領域，具體涉及一種環氧琥珀酸聚合物、其制備方法及其與磁場、靜電聯合水處理系統和方法。

背景技術

工業循環冷卻水處理方法有化學加藥和物理水處理兩種方式。在工業用水處理藥劑中，阻垢緩蝕劑是用量最大的常用藥劑，對防止設備結垢，延長設備壽命，降低能源消耗，保證設備安全運行具有十分重要的意義。目前市場上的水處理藥劑大多含磷、非生物降解，屬于非環境友好型產品。也有部分環境友好型的水處理藥劑，具有無磷環保、可生物降解的優點。但是與常用的含磷水處理劑相比，其阻垢緩蝕性能偏低，應用范圍較小，存在投加量大，成本高等缺點。由于共聚物的阻垢性能優于均聚物，近年來共聚物阻垢劑越來越受到使用者的青睞。

環氧琥珀酸（ESA）是合成聚環氧琥珀酸（PESA）的中間體，可以通過馬來酸酐的環氧化得到。環氧琥珀酸分子結構中存在一個含氧三元環，使得它的化學性質活潑，同時又含有兩個羧基，使得其均聚物和共聚物都具有優良的阻碳酸鈣垢性能。衣康酸（IA）是一種生物發酵制品，易于生物降解，而且它的分子結構中也含有兩個羧基，也是一種制備阻垢緩蝕劑的較好的單體。對于環氧琥珀酸聚合物的研究主要集中在其均聚物，即聚環氧琥珀酸的制備和性質上。熊蓉春、魏剛等以馬來酸酐為原料，使其在堿性條件下水解成馬來酸鹽，再以過氧化物和釩系物質為催化劑進行環氧化反應，生成環氧琥珀酸(鹽)，再以稀土為引發劑，聚合制得最佳分子量范圍為400~800的PESA。張冰如、李風亭靜態法評價了PESA 的效果，有優良的抑制CaCO₃、CaSO₄、Br₂SO₄、CaF₂和BaSO₄的作用，屬于多功能的阻垢劑。對環氧琥珀酸類共聚物的研究并不多，宋娜將環氧琥珀酸氫鈉與同時含有羥基和磺酸基團的水處理劑單體3-烯丙氧基-2-羥基-1-丙烷磺酸鈉（HAPS）共聚，生成新型綠色阻垢劑，用以改善PESA的多元阻垢性能。秦文華以馬來酸酐為原料，鎢酸鈉為催化劑，雙氧水為氧化劑，發生環化反應生成環氧琥珀酸鹽。在引發劑過硫酸銨作用下，進一步與對苯乙烯磺酸鈉發生共聚，采用溶液聚合一步法合成共聚物環氧琥珀酸-對苯乙烯磺酸鈉共聚物（ESA-SSS）。實驗結果發現，環氧琥珀酸-對苯乙烯磺酸鈉共聚物是一種比較好的硫酸鈣阻垢劑，抑制磷酸鈣沉積性能和分散氧化鐵的能力較強，適用于高pH值水系穩定鋅鹽，有釋放鋅離子的作用，其阻垢分散性能較聚環氧琥珀酸有所改善。但環氧琥珀酸-苯乙烯磺酸鈉共聚物對阻碳酸鈣垢效果一般，比聚環氧琥珀酸阻垢性能差。

與化學水處理方法相比，物理水處理方法具有自身的優點。磁化水處理和靜電水處理具有耗能低、無污染、安裝使用簡便等優點。多用于我國南方循環冷卻水硬度低的條件下，有一些應用實例的報道。但是對于北方越來越復雜的循環水水質條件，單獨使用靜電場或磁場等物理方法不具有實際的應用價值，無法起到理想的效果。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種含有磺酸基的環氧琥珀酸聚合物，其主要以環氧琥珀酸為主要單體，集羧酸基、磺酸基和酰胺基為一體，具備良好的阻垢分散性能，同時提供其制備方法以及其與磁場、靜電聯合水處理的系統和方法。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

本發明一方面提供了一種環氧琥珀酸聚合物，其關鍵技術點在于，其由環氧琥珀酸、衣康酸和2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸為單體共聚而成，其中環氧琥珀酸（以馬來酸酐計算）：衣康酸：2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸的質量比為1:0.2-0.4:0.1-0.3。

本發明另一方面提供一種上述的環氧琥珀酸聚合物的制備方法，其具體由以下步驟制成：

向環氧琥珀酸的水溶液中加入衣康酸、2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸、亞硫酸氫鈉、硫酸亞鐵銨和復合鏈轉移劑，加熱，緩慢滴加30%的雙氧水，進行恒溫共聚，得到產物環氧琥珀酸/衣康酸/2-丙烯酰胺-2-甲基磺酸三元共聚物溶液。

進一步地，所述雙氧水的加入量為單體總質量的4-8%，雙氧水、亞硫酸氫鈉和硫酸亞鐵銨的質量比為1：0.4-0.8：0.2-0.4。

進一步地，所述的復合鏈轉移劑的加入量為單體總量的0.5-1%，所述復合鏈轉移劑為異丙醇-巰基乙酸，其中，異丙醇和巰基乙酸的質量比為1：0.3-0.5。

進一步地，所述共聚溫度為85 -95℃，共聚時間為2-4h。