3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用的制作方法
本发明属于环保水处理领域，具体公开了3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用以及对应复配型阻垢剂的制备方法。
背景技术：
1、近些年，我国的工业发展水平快速提高，在工业生产中需要使用大量的循环水，用于工业生产、电力、煤矿开采等过程中设备的降温，导致我国工业循环水的用量逐年提高。然而，现阶段工业循环水的使用效率非常低，每年都造成大量的工业循环水浪费，无法满足工业发展水平快速提高的需要。因此，提升工业循环水的使用效率，对于满足工业发展的需要，缓解水资源短缺和节能减排具有重要意义。
2、目前工业冷却水循环系统中，循环水的使用效率非常低，造成这一现象的主要原因是在水循环过程中，各种金属离子和有机物在仪器内壁沉积，形成水垢，严重者甚至造成堵塞。大量的水垢沉积，导致循环水和设备的换热效率低下，因此需要使用更多的循环水对设备进行降温。为此开发高效的循环水阻垢剂，解决工业冷却水循环系统中的水垢沉积问题，是当前工业生产中面临的主要问题之一。
3、现有的除垢剂主要是含磷阻垢剂、丙烯酸类聚合物、磺酸类聚合物。含磷阻垢剂会向自然界中排放大量的含磷物质，使水体富营养化，破坏生态平衡。丙烯酸阻垢剂的阻垢效果一般，需要与其它阻垢剂复配使用。磺酸类阻垢剂的水溶性优异，但是磺酸基的强酸性会降低氢键作用，导致其阻垢效率低下，必须与其它阻垢剂混合使用。因此，发展一种水溶性优异、阻垢效率高的新型复合阻垢剂，对于节能减排意义重大。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的上述问题，发明人首先提供了一种3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用，更提供了所述3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸的制备方法，并将其应用在制备复配型阻垢剂中，进而提供了一种复合阻垢剂，该阻垢剂还含有三元丙烯酸共聚物，与上述3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸复配使用后能够充分发挥两种阻垢剂的协同作用，使阻垢剂具有优异的水溶性、高的阻垢效率和广泛地使用场合。
2、发明人首先提供了一种3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸的制备方法，具体步骤如下：
3、按重量份计，搅拌条件下将40-50份聚琥珀酰亚胺分散于600-1000份水中，加热至40℃-50℃，搅拌5-15分钟，向混合液中滴加160-200份3-氨基丙烷磺酸和6-氨基己酸的混合溶液，滴加时间控制在0.5-1小时，滴加完毕后，混合液继续在40℃-50℃条件下搅拌反应1-1.5小时，降温至15℃-25℃，用盐酸调节反应液的ph值至7.0，然后将反应液倾入6000-10000份溶剂a中，搅拌1-2小时，过滤，固体用600-1000份溶剂a洗涤，干燥，得3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸。
4、现有文献中已经报道了氨基磺酸和l-丝氨酸改性聚天冬氨酸阻垢剂的制备方法，该阻垢剂中氨基直接与磺酸基相连，这样容易导致磺酸基与亚氨基位置较近形成分子内氢键，增加分子刚性，降低产物的水溶性和磺酸基对金属离子的螯合作用。l-丝氨酸中的氨基与羧基同样距离较近，容易通过氢键作用结合，导致多数氨基酸在水中溶解性一般，接枝到聚天冬氨酸后也会降低产物的溶解性。本发明以3-氨基丙烷磺酸与聚琥珀酰亚胺反应，制备改性聚天冬氨酸，由于3-氨基丙烷磺酸结构中，氨基和磺酸基之间含有3个亚甲基，降低了磺酸基对氨基的吸电子作用，因此富电子氨基的反应活性也高。同时3-氨基丙烷磺酸结构中含有3个亚甲基组成的柔性碳链，分子柔韧度高，且磺酸基与亚氨基距离较远，可有效降低聚天冬氨酸分子的刚性，提高水溶性。而6-氨基己酸结构中同样含有长的柔性碳链，避免分子内氢键，进一步提高分子的柔韧性和稳定性，使改性聚天冬氨酸分子变得更加稳定，水溶性好。
5、因此发明人选择3-氨基丙烷磺酸和6-氨基己酸共同作为改性剂，二者混合溶液按照如下方法制备：按重量份计将20份3-氨基丙烷磺酸和16份6-氨基己酸加入到180份10%-15%的氢氧化钠水溶液中，搅拌10分钟，得3-氨基丙烷磺酸和6-氨基己酸的混合溶液。
6、制备过程中采用的聚琥珀酰亚胺的分子量为7000-8000；盐酸浓度为0.5-0.8mol/l；溶剂a为甲醇或乙醇。
7、在获得上述3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸后，发明人进一步公开了其在制备复配型阻垢剂中的应用，具体步骤如下：
8、（1）按照上述方法和组成完成3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸的制备。
9、（2）三元丙烯酸共聚物的制备：
10、按重量份计，将25-30份马来酸酐、34-38份烯丙基磺酸钠和0.4-0.8份亚硫酸氢钠加入到500-800份去离子水中，开启搅拌，用氮气置换反应釜中的空气，然后加热至80℃-90℃，同时向反应液中滴加18-29份丙烯酸和13-16份过硫酸铵水溶液，滴加时间控制在20-40分钟，滴加完毕后，继续搅拌4小时，降温至15℃-25℃，用氢氧化钠调节ph值至7.0，将反应液倾入5000-8000份溶剂b中，搅拌1-2小时，过滤，固体用400-600份溶剂b洗涤，干燥，得三元丙烯酸共聚物；
11、上述步骤中，过硫酸铵水溶液的质量分数为30%-40%；氢氧化钠的质量分数为5%-10%；溶剂b为甲醇。
12、（3）复配型阻垢剂的制备：
13、将步骤（1）制备的3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸和步骤（2）制备的三元丙烯酸共聚物共混，得到含3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸的复配型阻垢剂。
14、上述制备方法中，以马来酸酐、烯丙基磺酸钠和丙烯酸为原料制备三元丙烯酸共聚物，反应工艺简单，有效避免了单一丙烯酸、磺酸类阻垢剂的缺点，而三元丙烯酸共聚物与3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸混合后，能够充分发挥两种阻垢剂的协同作用，使阻垢剂具有优异的水溶性、高的阻垢效率和广泛地使用场合。
15、与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：
16、以3-氨基丙烷磺酸与聚琥珀酰亚胺反应，制备改性聚天冬氨酸，由于3-氨基丙烷磺酸结构中，氨基和磺酸基之间含有3个亚甲基，可有效降低磺酸基对氨基的吸电子作用，因此富电子氨基的反应活性也高。现有文献报道的氨基磺酸和l-丝氨酸改性聚天冬氨酸，氨基直接与磺酸基相连，导致磺酸基与亚氨基位置较近，容易形成分子内氢键，增加分子刚性，降低产物的水溶性和磺酸基对金属离子的螯合作用。l-丝氨酸中氨基与羧基同样距离较近，容易通过氢键作用结合，导致多数氨基酸在水中溶解性一般，接枝到聚天冬氨酸后也会降低产物的溶解性。本发明的3-氨基丙烷磺酸结构中含有3个亚甲基组成的柔性碳链，分子柔韧度高，且磺酸基与亚氨基距离较远，可有效降低聚天冬氨酸分子的刚性，提高水溶性。6-氨基己酸结构中同样含有长的柔性碳链，避免分子内氢键，进一步提高分子的柔韧性和稳定性，使改性聚天冬氨酸分子变得更加稳定，水溶性好。
17、本发明以马来酸酐、烯丙基磺酸钠和丙烯酸为原料制备三元丙烯酸共聚物，反应工艺简单，有效避免了单一丙烯酸、磺酸类阻垢剂的缺点，且三元丙烯酸共聚物与3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸混合后，能够充分发挥两种阻垢剂的协同作用，使阻垢剂具有优异的水溶性、高的阻垢效率和广泛地使用场合。经测试，在阻垢剂浓度为5mg/l时,本发明的碳酸钙阻垢率达到85%以上，硫酸钙阻垢率在95%以上，而现有技术中氨基磺酸和l-丝氨酸改性聚天冬氨酸阻垢剂的碳酸钙阻垢率约为80%，硫酸钙阻垢率约为93%，本技术较之有十分显著的提升。
技术特征：
1.3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用，其特征在于，3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸的制备方法具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述 3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用，其特征在于，3-氨基丙烷磺酸和6-氨基己酸的混合溶液按照如下方法制备：按重量份计，将20份3-氨基丙烷磺酸和16份6-氨基己酸加入到180份10%-15%的氢氧化钠水溶液中，搅拌10分钟，得3-氨基丙烷磺酸和6-氨基己酸的混合溶液。
3.根据权利要求1所述 3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用，其特征在于，聚琥珀酰亚胺的分子量为7000-8000。
4.根据权利要求1所述 3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用，其特征在于，所采用的盐酸浓度为0.5-0.8mol/l；溶剂a为甲醇或乙醇。
5.应用权利要求1所述 3-氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸制备复配型阻垢剂的方法，其特征在于，具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述制备复配型阻垢剂的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，过硫酸铵水溶液的质量分数为30%-40%。
7.根据权利要求5所述制备复配型阻垢剂的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，氢氧化钠的质量分数为5%-10%。
8.根据权利要求5所述制备复配型阻垢剂的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，溶剂b为甲醇。
技术总结
本发明属于环保水处理领域，具体公开了3‑氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸在制备复配型阻垢剂中的应用，更提供了所述3‑氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸的制备方法，并将其应用在制备复配型阻垢剂中，进而提供了一种复合阻垢剂，该阻垢剂还含有三元丙烯酸共聚物，与上述3‑氨基丙烷磺酸改性聚天冬氨酸复配使用后能够充分发挥两种阻垢剂的协同作用，使阻垢剂具有优异的水溶性、高的阻垢效率和广泛地使用场合。
技术研发人员：牛超,赵文彬,洒盼盼,王文雅,王利振
受保护的技术使用者：山东上远环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5