環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑，環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑含有XY-ONE、聚天冬氨酸鹽、聚環(huán)氧琥珀酸鹽和去離子水，XY-ONE、聚天冬氨酸鹽、聚環(huán)氧琥珀酸鹽的質(zhì)量比為30～60：10～30：5～20，其余是去離子水。本發(fā)明可用于海水淡化反滲透系統(tǒng)中，對(duì)碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等多種垢具有強(qiáng)的抑制作用和良好的分散作用，本身不會(huì)造成膜元件污染，適用于目前市場廣泛使用各種材質(zhì)的膜，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，易生物降解，對(duì)環(huán)境危害小。
【專利說明】環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海水淡化領(lǐng)域，特別涉及一種用于海水淡化反滲透系統(tǒng)的環(huán)境友好型膜用阻垢劑。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國家。水資源總量2.81萬億立方米，居世界第6位，但人口為世界人口的四分之一，人均水資源為世界第108位，是世界上21個(gè)貧水國家之一。特別是北方沿海地區(qū)，是我國最缺水地區(qū)之一?？紤]到北方沿海地區(qū)人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境用水需求等因素，預(yù)測在2010?2020年，北方沿海4省(市)人均綜合用水量將分別達(dá)到325?365立方米和350?400立方米，缺水總量將分別達(dá)到166?255億立方米和273?393億立方米；同時(shí)，考慮到南方沿海部分地區(qū)的水質(zhì)性和資源性缺水狀況，沿海地區(qū)的缺水形勢(shì)將更趨嚴(yán)峻。海水淡化是解決沿海地區(qū)水資源緊缺的根本途徑之一，淡水資源緊缺已成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的瓶頸。
[0003]海水淡化是利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水。是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，水質(zhì)好、價(jià)格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。
[0004]海水淡化技術(shù)按分離原理和方法,海水淡化技術(shù)可分為相變法和非相變法兩大類。相變法包括:蒸餾法、冷凍法、氣體水化物法；非相變法包括:膜法、其他方法?，F(xiàn)應(yīng)用最為廣泛的、形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的是蒸餾法中的低溫多效法(MED)、多級(jí)閃蒸法(MSF)、膜法中的反滲透法(RO)以及熱膜耦合法，是現(xiàn)在國際海水淡化市場所采用的主流海水淡化技術(shù)。
[0005]目前，除海灣國家外，美洲、亞洲、和歐洲，大中生產(chǎn)規(guī)模的裝置都以反滲透法為首選。
[0006]膜垢污染是反滲透海水淡化中遇到的一個(gè)主要問題。在反滲透海水淡化過程中，由于膜的濃縮作用，濃水中的鈣、鎂等離子濃度大大增加，從而使難溶鹽的離子積大于其溶度積，在反滲透膜表面形成膜垢，影響整個(gè)反滲透裝置的正常運(yùn)行，縮短了反滲透膜的使用壽命。
[0007]酸(如硫酸和鹽酸)和六偏磷酸鈉是傳統(tǒng)膜用阻垢劑。而且由于酸和六偏磷酸鈉的價(jià)格低廉，目前仍具有一定的市場優(yōu)勢(shì)。然而，隨著反滲透海水淡化日趨規(guī)模化、大型化發(fā)展，以及專用阻垢劑價(jià)格的下調(diào)。它們的不利因素逐漸顯現(xiàn)出來。如加酸處理對(duì)除碳酸鈣以外的其他垢無明顯阻垢效果，而且，酸具強(qiáng)腐蝕性，存在安全隱患；用這種處理方式將消耗大量的酸，與此同時(shí)還需消耗大量氫氧化鈉等中和用化學(xué)品。而六偏磷酸鈉等聚磷酸鹽雖有著良好的閾值效應(yīng)，在低濃度條件下能有效抑制特定垢的沉積，但它在短時(shí)間內(nèi)易水解成PO4'不僅起不到阻垢作用，而且易生成磷酸鈣難溶垢，加劇膜的污堵。另外，含磷的濃縮液進(jìn)人環(huán)境后造成富營養(yǎng)化，不利于環(huán)境保護(hù)。
[0008]針對(duì)上述兩種物質(zhì)的弊端，國外的研究工作開始轉(zhuǎn)向開發(fā)和使用成本低、高效、多能、專用的膜用阻垢劑。目前國內(nèi)外使用的阻垢劑主要有含磷阻垢劑和聚合物類阻垢劑，且產(chǎn)品日趨多元化，對(duì)常見垢均能達(dá)到良好的處理效果。含磷阻垢劑能有效抑制碳酸鈣、硫酸鈣垢沉淀。但含磷組分會(huì)向微生物提供營養(yǎng)源，加速細(xì)菌、藻類繁殖，從而加劇加藥箱、計(jì)量泵、管道及RO系統(tǒng)的微生物污染，另外也會(huì)產(chǎn)生磷酸鹽垢在膜上的沉積現(xiàn)象。聚合物類阻垢劑包括聚羧酸類阻垢劑、磺酸鹽類阻垢劑和聚丙烯酰胺類阻垢劑。聚合物阻垢劑雖然阻垢性能良好，但應(yīng)用于精密的膜元件時(shí)，時(shí)常在膜系統(tǒng)流道及表面發(fā)生高分子鏈的自纏繞自粘連的現(xiàn)象，因此其本身就有造成膜元件污染的可能，在國內(nèi)已發(fā)生多次阻垢劑加藥過量后造成膜無法恢復(fù)的污堵事件。因此開發(fā)低磷或無磷且使用安全的新型阻垢劑成為反滲透阻垢劑的發(fā)展方向。
[0009]在反滲透膜海水淡化中，許多因素會(huì)影響阻垢劑的阻垢性能及穩(wěn)定性，如鈣離子濃度、總堿度、氯含量、鐵和重金屬離子等。現(xiàn)有阻垢劑鈣離子容忍度低，在鈣離子濃度高的海水中，自身會(huì)產(chǎn)生沉淀，對(duì)膜造成污染。如HEDP在高堿度的海水中，阻垢性能下降，當(dāng)氯存在時(shí)，抑制CaCO3能力完全喪失；聚丙烯酸在鐵和重金屬離子存在時(shí)，穩(wěn)定性下降；聚馬來酸酐有氯存在時(shí)在高堿度的海水中需要高的投藥量。 [0010]本發(fā)明提供的環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑，克服了傳統(tǒng)使用阻垢劑的缺點(diǎn)，在鈣離子濃度高的海水中，它對(duì)碳酸鈣、硫酸鈣等多種垢仍具有很強(qiáng)的抑制作用及良好的分散作用，適用于纖維質(zhì)、聚酰胺類等各種材質(zhì)膜的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，易生物降解，對(duì)環(huán)境危害小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑?？捎糜诤Ｋ礉B透系統(tǒng)中，對(duì)碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等多種垢具有強(qiáng)的抑制作用和良好的分散作用，本身不會(huì)造成膜元件污染，適用于目前市場廣泛使用各種材質(zhì)的膜，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，易生物降解，對(duì)環(huán)境危害小。
[0012]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0013]一種環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑，含有ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鹽、聚環(huán)氧琥珀酸鹽和去離子水。各組分的重量百分比為:
[0014]XY-ONE30 ~60%
[0015]聚天冬氨酸鹽 10~30%
[0016]聚環(huán)氧琥珀酸鹽5~20%
[0017]其余為去離子水。
[0018]所述的XY-ONE為一種由丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、乙烯基磺酸鈉等組成的三元共聚物。
[0019]所述的聚天冬氨酸鹽為馬來酸酐的銨鹽經(jīng)縮聚、水解、中和制得聚天冬氨酸鹽，聚天冬氨酸鹽的相對(duì)分子質(zhì)量1000~5000，聚天冬氨酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
[0020]所述的聚環(huán)氧琥珀酸鹽的相對(duì)分子質(zhì)量400~1000，聚環(huán)氧琥珀酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
[0021]所述的一種環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑制備方法:將去離子水、ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鹽和聚環(huán)氧琥珀酸鹽，按比例將各組份原料加入反應(yīng)釜中，充分?jǐn)嚢?0~90分鐘，即可得到產(chǎn)品。
[0022]實(shí)施例一
[0023]按重量百分比選取原料
[0024]XY-ONE60%
[0025]聚天冬氨酸鈉 15%
[0026]聚環(huán)氧琥珀酸鈉5%
[0027]其余為去離子水。
[0028]將去離子水、ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鈉和聚環(huán)氧琥珀酸鈉，按比例將各組份原料加入反應(yīng)釜中，充分?jǐn)嚢?0~90分鐘，即可得到所需產(chǎn)品。
[0029]實(shí)施例二
[0030]按重量百分比選取原料
[0031]XY-ONE45%`
[0032]聚天冬氨酸鈉 15%
[0033]聚環(huán)氧琥珀酸鈉15%
[0034]其余為去離子水。
[0035]將去離子水ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鈉和聚環(huán)氧琥珀酸鈉，按比例將各組份原料加入反應(yīng)釜中，充分?jǐn)嚢?0~90分鐘，即可得到所需產(chǎn)品。
[0036]實(shí)施例三
[0037]按重量百分比選取原料
[0038]XY-ONE60%
[0039]聚天冬氨酸鉀 20%
[0040]聚環(huán)氧琥珀酸鉀5%
[0041]其余為去離子水。
[0042]將去離子水、ΧΥ-0ΝΕ、聚天冬氨酸鈉和聚環(huán)氧琥珀酸鈉，按比例將各組份原料加入反應(yīng)釜中，充分?jǐn)嚢?0~90分鐘，即可得到所需產(chǎn)品。
[0043]實(shí)施例四阻垢碳酸鈣性能實(shí)驗(yàn)
[0044]本發(fā)明的阻垢性能測定采用威海經(jīng)區(qū)海水，在500mL容量瓶中加入250mL所取海水，用移液管加人1.0mL阻垢分散劑試樣溶液(濃度為5000mg/L)，使阻垢分散劑的量為5mg，搖勻。用所取海水稀釋至刻度，搖勻。將試液置于(80± I) °C的恒溫水浴中，恒溫放置10小時(shí)后取出，冷卻至室溫后用中速濾紙過濾，濾液用0.01mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定測定殘余Ca2+濃度，按下式計(jì)算阻垢率:
[0045]阻垢率=(C1-C2)/ (C0-C2)
[0046]式中C1為加入阻垢分散劑的試液試驗(yàn)后的Ca2+濃度，mg/L, C2為未加阻垢分散劑的空白試液試驗(yàn)后的Ca2+濃度，mg/L, C0為試驗(yàn)所取海水中Ca2+濃度，mg/L。
[0047]表1實(shí)施例一~三所得阻垢劑的阻碳酸鈣垢性能
[0048]
實(shí)施例1阻垢率，％
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【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)境友好型海水淡化膜用阻垢劑，含有XY-ONE、聚天冬氨酸鹽、聚環(huán)氧琥珀酸鹽和去離子水。各組分的重量百分比為: XY-ONE30 ?60% 聚天冬氨酸鹽 10?30% 聚環(huán)氧琥珀酸鹽5?20% 其余為去離子水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型海水淡膜用阻垢劑，其特征在于:所述的XY-ONE為一種由丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、乙烯基磺酸鈉等組成的三元共聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型海水淡膜用阻垢劑，其特征在于:所述的聚天冬氨酸鹽為馬米酸酐的銨鹽經(jīng)縮聚、水解、中和制得聚天冬氨酸鹽，聚天冬氨酸鹽的相對(duì)分子質(zhì)量1000?5000，聚天冬氨酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型海水淡膜用阻垢劑，其特征在于:所述的聚環(huán)氧琥珀酸鹽的相對(duì)分子質(zhì)量400?1000，聚環(huán)氧琥珀酸鹽為鈉鹽、鉀鹽、銨鹽中的一種或幾種的組合。
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK103638820SQ201310673562
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】孫曉丹, 喻果, 楊京霖 申請(qǐng)人:李洪社