一种超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂的制备方法及应用

摘要

本发明提供了一种超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂的制备方法，以羟基化超支化聚乙烯亚胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体，溶解于水中，置于微波场下，滴加引发剂过硫酸铵形成微波合成反应体系；搅拌，回流，微波功率为300W～700W，微波辐射时间为20min～60min，反应温度为60℃～90℃，溶液冷却至室温，干燥后即得终产物超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂。上述制备方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂用于对水进行阻垢、缓释和杀菌的应用。本发明的制备方法制得的多功能水处理剂具有优良的阻CaCO

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及多功能水处理剂，具体涉及一种超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂的制备方法及应用。

背景技术

伴随工业生产的急剧发展，工业上的用水量也快速增加，其中，冷却水的用量占工业用水总量的80％以上，冷却水在使用的过程中，由于不断的循环，不断的浓缩，水中所含杂质，例如矿物质的浓度不断增加，易引起设备管道的结垢、腐蚀等问题，再者水中微生物的积累、繁殖也会加剧管道的腐蚀，影响水质等。此时，就需要向循环冷却水中加入水质处理剂，例如缓蚀阻垢剂，从而控制结垢和腐蚀的速率。

以中央空调为例说明，中央空调冷却水系统的特点是系统保有水量非常小，小型冷却塔为1/100～1/150左右，大型冷却塔为1/10～1/30左右，补充水一般采用自来水，水质指标取决于当地自来水的水质特点，水质条件差别大，运行条件的微小变化都可能造成水质的较大波动，容易造成腐蚀、结垢及粘泥故障。

中央空调循环冷却水常用的缓蚀阻垢剂有六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(DETAPMP)等，且目前杀菌多使用的是氯系杀菌剂，这些药剂存在使用浓度高，磷含量高，易造成水体的富营养化或处理效果不理想，因此开发一种无磷、环保、高效的中空空调循环冷却水用多功能水处理剂，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂的制备方法及应用，解决现有技术中除垢、缓释、杀菌需要添加多种药物，容易导致水体富营养化的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂的制备方法，包括以下步骤：

以羟基化超支化聚乙烯亚胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体，溶解于水中，置于微波场下，滴加引发剂过硫酸铵形成微波合成反应体系；

搅拌，回流，微波功率为300W～700W，微波辐射时间为20min～60min，反应温度为60℃～90℃，溶液冷却至室温，干燥后即得终产物超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂。

本发明还具有如下区别技术特征：

具体的，所述的羟基化超支化聚乙烯亚胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的单体质量比为1：(2～7)。

优选的，所述的羟基化超支化聚乙烯亚胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的单体质量比为1：5。

具体的，所述的引发剂过硫酸铵的滴加总质量占微波合成反应体系总质量的5％～15％。

优选的，所述的引发剂过硫酸铵的滴加总质量占微波合成反应体系总质量的10％。

优选的，所述的微波场为2450MHz的微波场，微波功率为500W，微波辐射时间为30～40min，反应温度为70℃～80℃。

具体的，所述的羟基化超支化聚乙烯亚胺的制备方法为：以重量份数计，分别称取马来酸和氢氧化钠，全部加入水中溶解，然后加入超支化聚烯亚胺溶液，微波加热反应1h，反应完成后，降至室温，干燥后得到羟基化超支化聚乙烯亚胺；

每4.7g马来酸对应加入2.6g的氢氧化钠，对应加入10g水，对应加入含有2.7g超支化聚烯亚胺的超支化聚烯亚胺溶液。

优选的，所述的超支化聚烯亚胺溶液为每2.7g超支化聚乙烯亚胺溶解于5g水中制成的溶液。

优选的，所述的微波加热的微波场为2450MHz的微波场，微波功率为500W，微波辐射时间为30～40min，反应温度为70℃～80℃。

上述制备方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂用于对水进行阻垢、缓释和杀菌的应用。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的制备方法制得的多功能水处理剂具有优良的阻CaCO3垢效果，良好的缓蚀性能，又具有良好的杀菌性能，且可生物降解，是一种环境友好的绿色新型多功能水处理剂。

(Ⅱ)超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂的分子结构中含有大量的胺基、磺酸基、羟基和羧基官能团，利用它们之间的“协同效应”，使其具有优异的缓蚀、阻垢和杀菌性能。该多功能水处理剂对碳酸钙有很好的阻垢效果，当该多功能水处理剂的加入量为50ppm时，对碳酸钙垢的阻垢率可达95.4％，对碳钢的缓蚀率可达89.87％。可广泛应用于油田污水、工业循环冷却水系统等方面。

(Ⅲ)本发明的方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂不含磷，具有良好的生物降解性能，是一种新型的绿色多功能水处理剂。适用于工业循环冷却水系统的无磷、可生物降解的环保型多功能水处理剂，用于水质的缓蚀、阻垢及杀菌处理，属于水处理技术领域的多功能水处理剂制备的技术领域。该多功能水处理剂的配伍性好，可与有机磷酸盐、锌盐缓蚀剂等水处理剂复配使用，也可单独使用。

以下对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂的制备方法：

步骤一，称取4.7克马来酸，2.6克氢氧化钠，加入10克水溶解，然后加入超支化聚烯亚胺溶液(取2.7克超支化聚乙烯亚胺，加入5克水溶解)，在微波条件下，加热反应1h，反应完成后，降至室温，得到淡黄色溶液，干燥后得到羟基化超支化聚乙烯亚胺。微波加热的微波场为2450MHz的微波场，微波功率为500W，微波辐射时间为30～40min，反应温度为70℃～80℃。

步骤二，在三口烧瓶中按一定质量配比加入羟基化超支化聚乙烯亚胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体，各组分化学计量比见表1(该原料的配比为单体配比)，用10克水溶解，将其置于2450MHz的微波场下(XH-100A型电脑微波催化/合成萃取仪)，微波功率为500W，缓慢滴加引发剂过硫酸铵，引发剂用量(质量)占体系总量(质量)的10％，应用微波合成技术，搅拌，回流，微波辐射时间为30min，反应温度为70℃，得到淡黄色透明溶液。冷却至室温，干燥即得终产物超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂。

上述制备方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂用于对水进行阻垢、缓释和杀菌的应用，水处理剂使用时在水汇总的浓度为10mg/L，处理结果如表1所示。

本发明的阻垢性能测试实验中的碳酸钙阻垢率的计算按照《GBT16632-2008水处理剂阻垢性能的测定—碳酸钙沉积法》进行；缓蚀性能通过电化学方法测试。

表1单体配比对超支化聚乙烯亚胺共聚物阻垢率和缓蚀率的影响

上述实施例可看出：当单体配比为1:5，引发剂用量占体系总量的10％，微波辐射时间30min，功率为500W，反应温度70℃时，其阻垢率和缓蚀率均最佳。

实施例2：

本实施例给出一种超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂的制备方法：

步骤一，称取4.7克马来酸和2.6克氢氧化钠，加入10克水溶解，然后加入超支化聚烯亚胺溶液(取2.7克超支化聚乙烯亚胺，加入5克水溶解)，在微波条件下，加热反应1h，反应完成后，降至室温，得到淡黄色溶液，干燥后得到羟基化超支化聚乙烯亚胺。微波加热的微波场为2450MHz的微波场，微波功率为500W，微波辐射时间为30～40min，反应温度为70℃～80℃。

步骤二，在三口烧瓶中加入1克羟基化超支化聚乙烯亚胺、5克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体，各组分化学计量比见表2，用100克水溶解，将其置于2450MHz的微波场下(XH-100A型电脑微波催化/合成萃取仪)，微波功率为500W，按一定的速率缓慢滴加一定量的引发剂过硫酸铵，应用微波合成技术，搅拌，回流，微波辐射时间为30min，反应温度为70℃，得到淡黄色透明溶液。冷却至室温，干燥即得终产物超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂。

上述制备方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂用于对水进行阻垢、缓释和杀菌的应用，水处理剂使用时在水汇总的浓度为10mg/L，处理结果如表2所示。

表2引发剂用量对超支化聚乙烯亚胺共聚物阻垢率和缓蚀率的影响

上述实施例可以看出当单体配比1:5，引发剂用量占其总量的10％，微波辐射时间30min，功率为500W，反应温度70℃时，其阻垢率和缓蚀率均最佳。

实施例3：

本实施例给出一种超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂的制备方法：

步骤一，称取4.7克马来酸和2.6克氢氧化钠，加入10克水溶解，然后加入超支化聚烯亚胺溶液(取2.7克超支化聚乙烯亚胺，加入5克水溶解)，在微波条件下，加热反应1h，反应完成后，降至室温，得到淡黄色溶液，干燥后得到羟基化超支化聚乙烯亚胺。微波加热的微波场为2450MHz的微波场，微波功率为500W，微波辐射时间为30～40min，反应温度为70℃～80℃。

步骤二，在三口烧瓶中加入1克羟基化超支化聚乙烯亚胺、5克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体，各组分化学计量比见表3(该三种原料的配比为单体配比)，用100克去离子水溶解，将其置于2450MHz的微波场下(XH-100A型电脑微波催化/合成萃取仪)，微波功率为500W，按一定的速率缓慢滴加占总量10％的引发剂过硫酸铵，应用微波合成技术，搅拌，回流，微波辐射一段时间，反应温度为70℃，得到淡黄色透明溶液。冷却至室温，干燥即得终产物超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂。

上述制备方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂用于对水进行阻垢、缓释和杀菌的应用，水处理剂使用时在水汇总的浓度为10mg/L，处理结果如表3所示。

表3辐射时间对超支化聚乙烯亚胺共聚物阻垢率和缓蚀率的影响

上述实施例可以看出，当单体配比为1:5，引发剂用量占总量的10％，微波辐射时间40min，功率为500W，反应温度70℃时，其阻垢率和缓蚀率均最佳。

实施例4：

本实施例给出一种超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂的制备方法：

步骤一，称取4.7克马来酸和2.6克氢氧化钠，加入10克水溶解，然后加入超支化聚烯亚胺溶液(取2.7克超支化聚乙烯亚胺，加入5克水溶解)，在微波条件下，加热反应1h，反应完成后，降至室温，得到淡黄色溶液，干燥后得到羟基化超支化聚乙烯亚胺。微波加热的微波场为2450MHz的微波场，微波功率为500W，微波辐射时间为30～40min，反应温度为70℃～80℃。

步骤二，在三口烧瓶中加入1克羟基化超支化聚乙烯亚胺、5克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体，各组分化学计量比见表4(该三种原料的配比为单体配比)，用100克去离子水溶解，将其置于2450MHz的微波场下(XH-100A型电脑微波催化/合成萃取仪)，一定的微波功率，按一定的速率缓慢滴加占总量10％的引发剂过硫酸铵，应用微波合成技术，搅拌，回流，微波辐射时间为40min，反应温度为70℃，得到淡黄色透明溶液。冷却至室温，干燥即得终产物超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂。

上述制备方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂用于对水进行阻垢、缓释和杀菌的应用，水处理剂使用时在水汇总的浓度为10mg/L，处理结果如表4所示。

表4微波功率对超支化聚乙烯亚胺共聚物阻垢率的影响

上述实施例可以看出，当单体配比为1:5，引发剂用量占总量的10％，微波辐射时间40min，功率为500W，反应温度70℃时，其阻垢率和缓蚀率均最佳。

实施例5：

本实施例给出一种超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂的制备方法：

步骤一，称取4.7克马来酸和2.6克氢氧化钠，加入10克水溶解，然后加入超支化聚烯亚胺溶液(取2.7克超支化聚乙烯亚胺，加入5克水溶解)，在微波条件下，加热反应1h，反应完成后，降至室温，得到淡黄色溶液，干燥后得到羟基化超支化聚乙烯亚胺。微波加热的微波场为2450MHz的微波场，微波功率为500W，微波辐射时间为30～40min，反应温度为70℃～80℃。

步骤二，在三口烧瓶中加入1克羟基化超支化聚乙烯亚胺、5克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体，各组分化学计量比见表5(该三种原料的配比为单体配比)，用100克去离子水溶解，将其置于2450MHz的微波场下(XH-100A型电脑微波催化/合成萃取仪)，微波功率500W，按一定的速率缓慢滴加占总量10％的引发剂过硫酸铵，应用微波合成技术，搅拌，回流，微波辐射时间为40min，一定的温度，得到淡黄色透明溶液。冷却至室温，干燥即得终产物超支化聚乙烯亚胺共聚物多功能水处理剂。

上述制备方法制得的超支化聚乙烯亚胺共聚物水处理剂用于对水进行阻垢、缓释和杀菌的应用，水处理剂使用时在水汇总的浓度为10mg/L，处理结果如表5所示。

表5温度对超支化聚乙烯亚胺共聚物阻垢率的影响

上述实施例可以看出，当单体配比为1:5，引发剂用量占总量的10％，微波辐射时间40min，功率为500W，反应温度80℃时，其阻垢率和缓蚀率均最佳。