技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工業(yè)水處理領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于工業(yè)冷卻水體系的新型阻垢劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行過程中常發(fā)生結(jié)垢、腐蝕等問題，特別是在濃縮倍率提高以后，隨著成垢離子濃度的增大，這些問題顯得尤為突出，目前通常采用添加水處理藥劑的方法來控制。阻垢劑是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水處理藥劑的重要組成部分，目前常用的阻垢劑為聚合磷酸鹽、有機膦酸鹽、有機低分子量聚合物等有機物質(zhì)，這些物質(zhì)的使用對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行起到了巨大作用。然而，有機阻垢劑的使用不可避免的造成了環(huán)境污染。氧化石墨烯是一種新型材料，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。隨著氧化石墨烯的產(chǎn)業(yè)化，其生產(chǎn)成本在逐漸降低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于工業(yè)冷卻水體系的新型阻垢劑及其制備方法，所述的這種應(yīng)用于工業(yè)冷卻水體系的新型阻垢劑及其制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的有機阻垢劑容易造成環(huán)境污染的技術(shù)問題。
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的阻垢劑，為片狀氧化石墨烯的水溶液，其濃度為0.001g/L ~10g/L，片狀氧化石墨烯的粒徑范圍為15-800nm。
進一步的，片狀氧化石墨烯的水溶液的濃度分別為10~200 mg/L。
進一步的，片狀氧化石墨烯的水溶液的濃度分別為50 mg/L。
進一步的，在冷卻水中加入片狀氧化石墨烯阻垢劑，使其濃度為0.001g/L ~10g/L，然后經(jīng)過磁力攪拌1~3小時、超聲分散1000~2000min后，得到粒徑范圍為15-800nm的片狀氧化石墨烯水溶液。
具體的,所述的冷卻水是指通過換熱器交換熱量、用于帶走系統(tǒng)中多余熱量的、起到冷卻作用的水。
本發(fā)明還提供了上述的阻垢劑在工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中應(yīng)用。
進一步的，所述的工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)為淡水、半咸水或海水。
進一步的，所述的工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻管材料黃銅、不銹鋼、碳鋼或鈦管。
本發(fā)明可以用于工業(yè)冷卻水系統(tǒng)，也可應(yīng)用于其它熱交換系統(tǒng)如鍋爐、供熱系統(tǒng)等易結(jié)垢系統(tǒng)。本發(fā)明的阻垢劑可以抑制碳酸鈣等成垢顆粒在熱交換金屬表面的附著，并使成垢顆粒以絮狀軟垢的形式通過排污管道排出。從而可以顯著提高熱交換系統(tǒng)的運行效率，起到節(jié)能降耗的作用。
本發(fā)明通過將一定量的氧化石墨烯加入到水體中，經(jīng)過超聲處理后得到一定濃度的片狀氧化石墨烯阻垢劑，將片狀氧化石墨烯阻垢劑加入到工業(yè)循環(huán)冷卻水中，片狀氧化石墨烯對冷卻水中生成的成垢顆粒具有包覆作用，并改變碳酸鈣等成垢顆粒的晶體類型，形成絮狀軟垢，避免在熱交換金屬表面生成硬垢，從而使水中碳酸鈣等成垢物質(zhì)不容易粘附在熱交換設(shè)備的金屬表面，并隨冷卻水系統(tǒng)的排污而除去，達到阻垢目的，還可以在一定程度上除去水中的部分重金屬離子。同時氧化石墨烯可以提高流體的導(dǎo)熱系數(shù)，進一步提高流體的換熱效果。
本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進步是顯著的。本發(fā)明將氧化石墨烯阻垢劑加入到工業(yè)循環(huán)冷卻水中，當冷卻水中成垢離子濃度較大、出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象時，氧化石墨烯可以包覆在成垢顆粒（如碳酸鈣）表面，并改變碳酸鈣等成垢物質(zhì)的晶體類型，形成絮狀軟垢，從而使水中碳酸鈣等成垢物質(zhì)不容易粘附在熱交換設(shè)備的金屬表面，并隨冷卻水系統(tǒng)的排污而除去，達到阻垢目的。因此，這種氧化石墨烯阻垢劑在工業(yè)循環(huán)冷卻水、鍋爐及管道用水、中央空調(diào)冷卻用水等多領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
具體實施方式
下面通過具體的實施例對本發(fā)明進一步詳細描述，但并不限制本發(fā)明。
本實施例中所用的模擬冷卻水主要組成為： 20mg/L Ca2+，6mg/L Mg2+，122mg/L HCO3-，360mg/L SO42-，300mg/L Cl-，380mg/L Na+。
本發(fā)明實施例中所用的氧化石墨烯片由實驗室制得。阻垢劑性能評價采用掛片法，即在實驗溶液中，將成垢溶液水溫升高到50℃，根據(jù)掛片表面結(jié)垢量的多少來計算阻垢率。
阻垢劑的阻垢率按照下式計算：
其中：為阻垢劑阻垢率；
為未加阻垢劑時掛片增重，mg；
為加入一定濃度阻垢劑時掛片增重，mg。
實施例1
首先制備氧化石墨烯：向三口圓底燒瓶中加入10.0g石墨、10.0g過硫酸鉀、10.0五氧化二磷，緩慢倒入100ml濃硫酸并攪拌，待攪拌均勻后，將溫度緩慢升至80℃反應(yīng)5小時，將反應(yīng)后的液體，倒入冰水混合物中待溶液放熱完全，過濾，用去離子水洗滌完全后，放入溫度為80℃真空烘箱中12小時，得到產(chǎn)物為預(yù)氧化石墨。預(yù)氧化石墨經(jīng)300ml濃硫酸、60.0g高錳酸鉀和50ml雙氧水進一步處理后收集沉淀，用（10%，v/v）稀鹽酸離心洗滌10次后得到氧化石墨，將氧化石墨超聲處理10~180min，得到粒徑15-800nm的氧化石墨烯。
實施例2
在分別含0、10、50、100、200 mg/L阻垢劑（氧化石墨烯）的模擬水中，通過結(jié)垢實驗后不銹鋼掛片的增重分別為32.0、11.5、3.1、4.2、6.8 mg，因此可以計算出濃度分別為10、50、100、200 mg/L的氧化石墨烯阻垢劑的阻垢率為64.1%、90.3%、86.9%和78.8%。
通過上述實施例，結(jié)果表明采用氧化石墨烯作為阻垢劑，其阻垢率隨著濃度的增加先增大后減小，當氧化石墨烯濃度為50 mg/L時其阻垢率達到90.3%。
綜上所述，本發(fā)明的一種可用于工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的新型阻垢劑，即在冷卻水中加入一定濃度的氧化石墨烯，可以抑制成垢顆粒在金屬表面的附著。
上述實施例中，使用的實驗掛片為不銹鋼，即僅以不銹鋼為材質(zhì)進行了說明，但并不限制本發(fā)明在以不銹鋼、黃銅或碳鋼為材料的換熱設(shè)備上的應(yīng)用。
另外，上述也僅以氧化石墨烯為說明，即氧化石墨烯在不銹鋼材質(zhì)的熱交換設(shè)備中使用本發(fā)明的一種循環(huán)冷卻水系中的新型阻垢劑進行了舉例說明，但并不限制本發(fā)明對于氧化石墨烯的改性而產(chǎn)生的阻垢效果。
以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。