申请日2001.09.14
公开(公告)日2002.03.27
IPC分类号C02F5/10
摘要
本发明涉及循环冷却水改性木素磺酸盐多功能水处理剂及其制备方法,在含木素磺酸盐的酸法制浆造纸废液中,加入碱性调节剂,加热后,加入强氧化类氧化剂进行催化氧化反应;加入含有一种或多种的金属离子盐组成的氧化还原引发剂、磺化剂、分子量调节剂和改性剂,进行磺化改性反应制得木素磺酸盐多功能水处理剂。本发明通过物理化学改性改变木素磺酸盐各种官能团的含量、引入新的官能团、改变其分子量分布,将木素磺酸盐改性成为分散、缓蚀、阻垢等多功能的水处理剂,其原料来源丰富,成本低,生产工艺简单,无毒,无公害,是一种“绿色”多功能水处理剂。
権利要求書
1、改性木素磺酸盐多功能水处理剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)催化氧化改性：在1000份重量含木素磺酸盐的酸法制浆造纸废液中， 加入5～50份重量碱性调节剂，至pH值为8～10，加热至40～85℃，加入3～ 20份重量强氧化类氧化剂进行催化及氧化反应1～8小时;所述碱性调节剂是 金属氢氧化物、NH4OH其中一种或两种及以上混合物;所述强氧化类氧化剂 是H2O2、KMnO4、O3、O2其中一种;
(2)磺化与复配改性：(1)的产物中加入5～20份重量含有一种或多种 的金属离子盐组成的氧化还原引发剂、加入5～200份重量的磺化剂，反应1-5 小时，加入分子量调节剂2～10份重量和3～50份重量改性剂，反应1～3小时， 冷却后得到木素磺酸盐多功能水处理剂;所述金属离子盐组成的氧化还原引发 剂是FeSO4、FeCl2、Fe2(SO4)3、Cu(NO3)2、NaNO3、KNO3其中一种或两种及 以上混合物;磺化剂是亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、偏重亚硫酸钠其中一种或两种 及以上混合物;分子量调节剂是H2SO4、柠檬酸、甲酸、乙酸其中一种或两种 及以上混合物;改性剂是有机胺、有机酸、乳化硅油其中一种或两种及以上混 合物。
2、权利要求1所述的方法制备的改性木素磺酸盐多功能水处理剂。
说明书
改性木素磺酸盐多功能水处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及用制浆造纸的副产品木素磺酸盐为原料制备低成本的循环冷 却水处理剂及其制备方法，该水处理剂具有良好的分散、缓蚀、阻垢等多种功 能。
背景技术
在整个工业用水中，冷却水的用量大约占总用水量的80%。为了达到节约 淡水资源、保护环境的目的，冷却水需要循环利用，目前广泛采用循环冷却水 处理系统。冷却水不断循环使用，会产生污泥，并导致设备的腐蚀、结垢等问 题。为此，需要对循环冷却水进行处理。循环冷却水的处理主要有药剂处理、 磁化处理、臭氧处理等方法。目前投加水处理剂是最常用的方法。
水处理剂的发展经历了无机盐、聚合电解质、天然高分子化合物、丙烯酸 类共聚物和有机膦酸盐等阶段，在目前已有的技术中工业循环冷却水水处理剂 以铬系、磷系和丙烯酸系水处理剂占主导地位，并逐步由单一化向多元化技术 发展。铬酸盐缓蚀效果很好，但由于毒性也很大而被限制;磷系配方具有良好 的缓蚀阻垢效果，但易产生磷酸盐垢和容易使水体富营养化而引起的“赤潮” 等公害;丙烯酸聚合物类对碳酸钙垢具有良好的阻垢效果，其最主要的缺点是 易与水中的钙离子发生反应，生成凝胶体，使水质变浑浊，因而限制了它的使 用。此外还有其它类型的水溶性聚合物，如含磺酸基共聚物、聚马来酰胺酸和 聚氨基酸。但各类聚合物存在着毒性大、降解难、合成方法复杂及成本较高等 问题。
工业循环冷却水的处理通常采用分别投加各种水处理剂的方法，这样往往 会导致设备增多、操作繁琐、费用增大，有时还会因处理剂的相互抗拮，降低 了药剂的使用效果。多功能水处理剂的出现可实现通过投加一种药剂而同时满 足缓蚀、阻垢、絮凝和杀菌等几种功能的需求。美国B.F.Goodrich化学公司在 EP220726号专利中提出了一种多功能水处理剂，它是由丙烯酸与丙烯酰胺共 聚而成，兼有阻垢和分散的功能。70年代初，英国学者Ballwin等人开发出 了一种聚合含硅氨甲基或氨甲基膦酸及其衍生物，这类药剂可用作缓蚀剂、阻 垢剂和净水剂。目前的水处理剂多为化学合成产品。随着世界资源的短缺和人 们环保意识的日益提高，对于以生物质为原料的绿色化学产品在水处理中的研 究与应用也越来越受到重视。《工业水处理》1994公开了一种以天然高分子 F691为基本原料研制开发的多功能水处理剂CG-A系列产品，其具有良好的 絮凝、缓蚀、阻垢或杀菌性能。随着环境要求的日益严格，水处理剂正朝着多 功能、无毒、易降解及对环境友好的绿色化学品发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性木素磺酸盐多功能水处理剂，利用制浆造 纸的副产品——木素磺酸盐，通过物理和化学改性改变木素磺酸盐各种官能团 的含量、引入新的官能团、改变其分子量分布，将木素磺酸盐改性成为具有分 散、缓蚀、阻垢等多功能的水处理剂。
本发明的目的还在于提供一种改性木素磺酸盐多功能水处理剂的制备方 法。
本发明的改性木素磺酸盐多功能水处理剂的制备方法包括以下步骤：
(1)催化氧化改性：在1000份重量含木素磺酸盐的酸法制浆造纸废液中， 加入5～50份重量碱性调节剂，至pH值为8～10，加热至40～85℃，加入3～ 20份重量强氧化类氧化剂进行催化及氧化反应1～8小时;
所述碱性调节剂是金属氢氧化物、NH4OH其中一种或两种及以上混合物;
所述强氧化类氧化剂是H2O2、KMnO4、O3、O2其中一种;
(2)磺化与复配改性：(1)的产物中加入5～20份重量含有一种或多种 的金属离子盐组成的氧化还原引发剂、加入5～200份重量的磺化剂，反应1-5 小时，加入分子量调节剂2～10份重量和3～50份重量改性剂，反应1～3小时， 冷却后得到木素磺酸盐多功能水处理剂;
所述金属离子盐组成的氧化还原引发剂是FeSO4、FeCl2、Fe2(SO4)3、 Cu(NO3)2、NaNO3、KNO3其中一种或两种及以上混合物; 磺化剂是亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、偏重亚硫酸钠其中一种或两种及以上混合物; 分子量调节剂是H2SO4、柠檬酸、甲酸、乙酸其中一种或两种及以上混合物; 改性剂是有机胺、有机酸、乳化硅油其中一种或两种及以上混合物。
本发明方法所得每克产物含有：
-SO3H：0.7～3mmol.g-1
-COOH：0.1～1mmol.g-1
-OH：0.1～2mmol.g-1
所得木素磺酸盐多功能水处理剂的木素磺酸盐其结构、物化性质和应用性 能发生如下变化：
1、基团及结构的变化
改性后木素磺酸盐中羧基比原来增加65%，甲氧基增加42%，磺酸根是 原来的1.3倍，平均分子量是原来的1.2倍。
2、表面物化性能
木素磺酸盐多功能水处理剂与木素磺酸钠溶液的表面张力、起泡性能见图 1和表1。木素磺酸钠的溶液不能形成临界胶束浓度，而木素磺酸盐多功能水 处理剂溶液则出现了临界胶束浓度，起泡能力也比木素磺酸钠小。采用交流阻 抗方法测定了木素磺酸盐多功能水处理剂在金属表面的覆盖度，见图2;采用 分光光度计测定了水处理剂对CaCO3分散能力，见图3。与木素磺酸钠相比较， 木素磺酸盐多功能水处理剂在金属表面的覆盖度和对CaCO3的分散能力均有了 较大的提高;可见木素磺酸盐多功能水处理剂的表面物化性能比未改性的木素 磺酸钠有很大的改善。