專利名稱：一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑的制備及應用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑的制備及應用領域。尤其涉及一種具有環(huán)境友好型的生物降解性和水溶性能的用于水處理劑中聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑的制備及其應用方法。
背景技術：
隨著低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念的逐漸深入，全球化學研究的發(fā)展方向也發(fā)生了重大的變革，其標志就是“綠色化學(化工)”概念的提出。并且其日益受到人們的重視。綠色化學，就是用化學的技術和方法，從根本上減少或消滅那些對人類健康或環(huán)境有害的原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑和試劑等的產(chǎn)生和應用。隨著社會的發(fā)展，越來越倡導綠色化學。
在工業(yè)用水系統(tǒng)中，污垢的形成是除材料和設備腐蝕以外的第二大主要危害。阻垢劑主要是指能夠防止水垢和污垢產(chǎn)生或抑制其沉積生長的化學類試劑，是工業(yè)水處理中必不可少的元素，可以用來延長設備壽命并保證設備安全運行。目前，阻垢劑的研究也在不斷地深入并日趨成熟，其特點及功能也在日趨完善。同時，阻垢劑的種類亦在不斷增加。隨著20世紀90年代初美國Betz實驗室在實驗室開發(fā)出無磷無氮的聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)綠色水處理劑以來，國內外研究者相繼對其性能進行研究。但單一 PESA在低濃度時阻垢性能一般，而添加濃度高時又會造成生產(chǎn)成本的提高。研究表明優(yōu)化合成條件通過合成PESA衍生物，使PESA具有多官能性，是對PESA阻垢劑研究的新趨勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有阻垢劑使用成本高，阻垢效率低及對環(huán)境有害的問題，一是提供一種在合成中加入一種小分子物質，來增加聚環(huán)氧琥珀酸的阻垢性能，在水中溶解性好，對環(huán)境無毒無害，可生物降解，具有多官能性，阻垢效率高的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑合成方法，二是提供一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑的應用方法。實現(xiàn)上述目的采用以下技術方案一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，所述方法包括下述步驟環(huán)化反應及環(huán)化產(chǎn)品提純該步驟得到白色固體為環(huán)氧琥珀酸鈉；聚環(huán)氧琥珀酸產(chǎn)品的制備將環(huán)氧琥珀酸鈉裝入三口燒瓶中，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到80°c -88°c后，開始加入氫氧化鈣引發(fā)劑，共計加三至四次氫氧化鈣引發(fā)劑，然后用質量百分比為40%Na0H調節(jié)pH>12，充分攪拌反應后，將產(chǎn)品放入酸化醇類溶液中洗滌，靜置分液，得到聚環(huán)氧琥珀酸PESA ;還包括聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA的制備，其制備方法是將聚環(huán)氧琥珀酸PESA的產(chǎn)物放入三口燒瓶中，分2-3次加入1. 5g-3. Og的L-半胱氨酸，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到110°C _120°C后，開始調節(jié)pH在4. 0-6. O之間，充分攪拌反應2. 5h-3. 5h后，反應體系變?yōu)槌赛S色粘稠狀物時，停止加熱，用干燥裝置干燥后，得到L-半胱氨酸改性聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA，研細密閉保存?zhèn)溆?。作為?yōu)選方案，所述的L-半胱氨酸的分子結構式為HS-CH2-(jH-C00H
麗2 .
作為優(yōu)選方案，按重量計，聚環(huán)氧琥珀酸PESA與L-半胱氨酸比例為10 :1。作為優(yōu)選方案，所述的干燥裝置是紅外線干燥燈。作為優(yōu)選方案，所述的L-半胱氨酸改性聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA成品用研磨機研磨至60目
一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑的應用方法，所述的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑在溫度為55°C -85°C，pH值為5. O 10. 0，阻垢率在90%_98%的范圍內應用。采用上述技術方案，由于聚環(huán)氧琥珀酸中含有大量的羧基基團，而羧基可以與很 多基團發(fā)生?；磻?，尤其與含有氨基的有機化合物反應較好，生成酰胺類化合物，而氨基酸有較多的官能團，可以將氨基酸與PESA發(fā)生反應，生成?；鵏-半胱氨酸類化合物。這樣增加電負性較大的易絡合原子數(shù)目，從而進一步提高原有聚環(huán)氧琥珀酸絡合能力，最終起到提高阻垢緩蝕效率的目的。本發(fā)明制備的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，屬聚合物型阻垢劑。聚環(huán)氧琥珀酸衍生物(Lcys-PESA)分子中不含磷、無毒、不破壞生態(tài)環(huán)境且具有良好的生物可降解性和水溶性，其優(yōu)異的阻垢分散性能特別適用于工業(yè)水處理。其顯著的效果還在于不用改變其它的工藝條件，只是在合成中加入一種小分子物質，改善其線性結構，PESA具有多官能性，而達到了增加聚環(huán)氧琥珀酸的阻垢分散效果的目的，進一步拓寬了聚環(huán)氧琥珀酸的應用范圍。


圖1是本發(fā)明溫度對Lcys-PESA阻垢性能影響示意圖。圖2是本發(fā)明pH對Lcys-PESA阻垢性能影響的示意圖。圖3，圖4，圖5分別是本發(fā)明碳酸鈣晶形SEM圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。本實施例是一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑的制備及應用方
法，其發(fā)明思想是，在聚環(huán)氧琥珀酸衍生物(簡稱Lcys-PESA)的制備步驟中，多次加入
L-半胱氨，來提高阻垢緩蝕效率，L-半胱氨酸的分子結構式是
HS-CH2-〒H-COOHHH2 .
聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑制備方法實施例
實施例1:
A.環(huán)化反應及環(huán)化產(chǎn)品提純
a在三口燒瓶中加入16gNa0H，并加入36ml水，將三口燒瓶放入磁力攪拌水浴鍋中，在磁力攪拌下充分溶解后，加入19. 6g馬來酸酐，同時水浴升溫至55°C。水浴升溫至55°C后，加入催化劑1. 2gNa2W04。后給水浴升溫至70°C，待溫度穩(wěn)定后，用分液漏斗在35min內均勻滴加雙氧水24ml。此時開始用1:1鹽酸溶液調節(jié)pH=6-7內，反應1. 5小時后得到混合粗產(chǎn)品Ob產(chǎn)品提純將步驟a的混合粗產(chǎn)品用電熱套加熱，同時抽真空進行減壓蒸餾。待蒸發(fā)剩余液為原溶液體積的1/2時，停止減壓蒸餾。將溶液倒入準備好的無水乙醇中沉析2次。得到白色針狀晶體，放入鼓風干燥箱中在60°C的環(huán)境下連續(xù)烘干75h，得到白色固體，即為較純的環(huán)氧琥珀酸鈉。B.聚環(huán)氧琥珀酸產(chǎn)品的制備
取步驟b制得的環(huán)氧琥珀酸鈉裝入三口瓶中，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到85°C后，開始加入1. 2g氫氧化鈣引發(fā)劑，分3次加入，每隔5min加一次，后用質量百分比為40%Na0H調節(jié)pH>12即可。充分攪拌反應2h后，待溶液變?yōu)榈咙S色粘稠狀物時，停止加熱。其次，將產(chǎn)品放入酸化醇類溶液中洗滌3次，靜置分液，收取下層粘稠蠟狀物。既得聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)。 C.聚環(huán)氧琥珀酸衍生物(簡稱Lcys-PESA)的制備
將步驟B的產(chǎn)物放入三口燒瓶中，分2次加入1. 5g的L-半胱氨酸，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到110°C后，開始調節(jié)pH在4，充分攪拌反應3. 5h后，停止加熱，得到淺橙黃色粘稠狀物，在紅外干燥燈下干燥。既得聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA，研細60目密閉保存?zhèn)溆?。實施?:
A.環(huán)化反應及環(huán)化產(chǎn)品提純
a在三口燒瓶中加入13gNa0H，并加入35ml水，將三口燒瓶放入磁力攪拌水浴鍋中，在磁力攪拌下充分溶解后，加入18g馬來酸酐，同時水浴升溫至52°C。水浴升溫至52°C后，力口入催化劑lgNa2W04。后給水浴升溫至65°C，待溫度穩(wěn)定后，用分液漏斗在30min內均勻滴加雙氧水20ml。此時開始用1:1鹽酸溶液調節(jié)pH=6-7內，反應I小時后得到混合粗產(chǎn)品。b產(chǎn)品提純將步驟a的混合粗產(chǎn)品用電熱套加熱，同時抽真空進行減壓蒸餾。待蒸發(fā)剩余液為原溶液體積的1/2時，停止減壓蒸餾。將溶液倒入準備好的無水乙醇中沉析2次。得到白色針狀晶體，放入鼓風干燥箱中在60°C的環(huán)境下連續(xù)烘干72h，得到白色固體，即為較純的環(huán)氧琥珀酸鈉。B.聚環(huán)氧琥珀酸產(chǎn)品的制備
取步驟b制得的環(huán)氧琥珀酸鈉裝入三口燒瓶中，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到80°C后，開始加入Ig氫氧化鈣引發(fā)劑，分三次加入，每隔5min加一次，后用質量百分比為40%Na0H調節(jié)pH>12即可。充分攪拌反應2h后，待溶液變?yōu)榈咙S色粘稠狀物時，停止加熱。其次，將產(chǎn)品放入酸化醇類溶液中洗滌3次，靜置分液，收取下層粘稠蠟狀物。既得聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)。C.聚環(huán)氧琥珀酸衍生物(簡稱Lcys-PESA)的制備
將步驟B的產(chǎn)物放入三口燒瓶中，分2次加入2. Og的L-半胱氨酸，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到115°C后，開始調節(jié)pH在6，充分攪拌反應2. 5h后，停止加熱，得到淺橙黃色粘稠狀物，在紅外干燥燈下干燥。既得聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA，研細60目密閉保存?zhèn)溆?。實施?
A.環(huán)化反應及環(huán)化產(chǎn)品提純a在三口燒瓶中加入18gNaOH，并加入38ml，將三口燒瓶放入磁力攪拌水浴鍋中，在磁力攪拌下充分溶解后，加入20g馬來酸酐，同時水浴升溫至58°C。水浴升溫至58°C后，加入催化劑1. 5gNa2W04后給水浴升溫至75°C，待溫度穩(wěn)定后，用分液漏斗在40min內均勻滴加雙氧水26ml。此時開始用1:1鹽酸溶液調節(jié)pH=7內，反應2小時后得到混合粗產(chǎn)品。b產(chǎn)品提純將步驟a的混合粗產(chǎn)品用電熱套加熱，同時抽真空進行減壓蒸餾。待蒸發(fā)剩余液為原溶液體積的1/2時，停止減壓蒸餾。將溶液倒入準備好的無水乙醇中沉析3次。得到白色針狀晶體，放入鼓風干燥箱中在60°C的環(huán)境下連續(xù)烘干73h，得到白色固體，即為較純的環(huán)氧琥珀酸鈉。B.聚環(huán)氧琥珀酸產(chǎn)品的制備
取步驟b制得的環(huán)氧琥珀酸鈉裝入三口燒瓶中，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到88°C后，開始加入1. 5g氫氧化鈣引發(fā)劑，分四次加入，每隔5min加一次，后用質量百分比為40%Na0H調節(jié)pH>12即可。充分攪拌反應2h后，待溶液變?yōu)榈咙S色粘稠狀物時，停止加熱。其次，將產(chǎn)品放入酸化醇類溶液中洗滌3次，靜置分液，收取下層粘稠蠟狀物。既得聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)。C.聚環(huán)氧琥珀酸衍生物(簡稱Lcys-PESA)的制備
將步驟B的產(chǎn)物放入三口燒瓶中，分3次加入3. Og的L-半胱氨酸，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到120°C后，開始調節(jié)pH到5，充分攪拌反應2. Oh后，停止加熱，得到淺橙黃色粘稠狀物，在紅外干燥燈下干燥。既得聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA，研細60目密閉保存?zhèn)溆谩Ｊ褂梅椒▽嵤├? 實施例1:
以I升水計，按照質量濃度配比分別在容量瓶配成10mg/L的Lcys-PESA、10mg/L的CSN-PESA、10mg/L 自制 PESA、10mg/L 的 Lcys 和 5mg/L 自制 PESA 與 5mg/L Lcys 復配液，然后倒入錐形瓶中，用帶有玻璃管的膠塞蓋緊，于80°C的恒溫水浴中加熱IOh后測定藥劑的阻垢率。結果見表I。
權利要求
1.一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，所述方法包括下述步驟環(huán)化反應及環(huán)化產(chǎn)品提純該步驟得到白色固體為環(huán)氧琥珀酸鈉；聚環(huán)氧琥珀酸產(chǎn)品的制備將環(huán)氧琥珀酸鈉裝入三口燒瓶中，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到80°C -88°C后，開始加入氫氧化鈣引發(fā)劑，共計加三至四次氫氧化鈣引發(fā)劑，然后用質量百分比為40%Na0H調節(jié)pH>12，充分攪拌反應后，將產(chǎn)品放入酸化醇類溶液中洗滌，靜置分液，得到聚環(huán)氧琥珀酸PESA ;其特征在于，還包括聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA的制備，其制備方法是將聚環(huán)氧琥珀酸PESA的產(chǎn)物放入三口燒瓶中，分2-3次加入1. 5g-3. Og的L-半胱氨酸，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到110°C _120°C后，開始調節(jié)pH在4. 0-6. O之間，充分攪拌反應2. 5h_3. 5h后，反應體系變?yōu)槌赛S色粘稠狀物時，停止加熱，用干燥裝置干燥后，得到L-半胱氨酸改性聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA，研細密閉保存?zhèn)溆谩?br> 2.根據(jù)權利要求1所述的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，其特征在于所述的L-半胱氨酸的分子結構式為
3.根據(jù)權利要求1所述的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，其特征在于按重量計，聚環(huán)氧琥珀酸PESA與L-半胱氨酸比例為10 :1。
4.根據(jù)權利要求1所述的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，其特征在于所述的干燥裝置是紅外線干燥燈。
5.根據(jù)權利要求1所述的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，其特征在于所述的L-半胱氨酸改性聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA成品用研磨機研磨至60目。
6.一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑的應用方法，其特征在于，所述的聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑在溫度為55°C -85°C，pH值為5. O 10. 0，阻垢率在90%_98%的范圍內應用。
全文摘要
一種聚環(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑，所述方法包括環(huán)化反應及環(huán)化產(chǎn)品提純；聚環(huán)氧琥珀酸產(chǎn)品的制備；還包括聚環(huán)氧琥珀酸衍生物Lcys-PESA的制備，其制備方法是將聚環(huán)氧琥珀酸PESA的產(chǎn)物放入三口燒瓶中，加入L-半胱氨酸，放入甲基硅油浴中加熱，待溫度升到110℃-120℃后，開始調節(jié)pH值，充分攪拌反應后，用干燥裝置干燥，得到L-半胱氨酸改性聚環(huán)氧琥珀酸衍生物，研細密閉保存?zhèn)溆谩＞郗h(huán)氧琥珀酸衍生物阻垢劑在溫度為55℃-85℃，pH值為5.0～10.0，阻垢率在90%-98%的范圍內應用。合成中加入一種小分子物質，分子中不含磷、無毒、不破壞生態(tài)環(huán)境且具有良好的生物可降解性和水溶性,其優(yōu)異的阻垢分散性能特別適用于工業(yè)水處理。
文檔編號C08G65/334GK102993431SQ20121052143
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權日2012年12月7日
發(fā)明者柳鑫華, 孫彩云, 佟欣佳, 王慶輝, 杜嬌, 韓婕 申請人:河北聯(lián)合大學