一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑及其制備方法，該阻垢劑由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與1?50份OP?10乳化劑或聚乙二醇或十二烷基磺酸鈉混合復配而成，其制備方法分為兩步：第一步在酸性條件下由六羥甲基三聚氰胺和亞磷酸按照1:6?10的摩爾比反應制備三聚氰胺六甲叉膦酸，第二步將三聚氰胺六甲叉膦酸與OP?10乳化劑或聚乙二醇或十二烷基磺酸鈉按照100:1?50的重量份數比混合均勻。該阻垢劑合成工藝簡單、性能穩(wěn)定，與傳統(tǒng)阻垢劑相比具有添加量少、成本低廉的優(yōu)勢，對CaSO4尤其是Na2SiF6(K2SiF6)有著優(yōu)異的阻垢效果，對CaCO3也有一定的除垢效果，應用前景十分廣闊。
【專利說明】
一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)阻垢技術領域，具體涉及一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑及其制備 方法。
【背景技術】
[0002] 近年來隨著我國工業(yè)生產的迅速發(fā)展，工業(yè)用水量急劇上升，水中的礦物質含量 也會不斷增加，從而引起設備管道結垢、腐蝕。污垢的存在不但會影響傳熱效率，還會產生 垢下腐蝕。目前，濕法磷酸生產中普遍存在的一個主要工藝問題是真空過濾系統(tǒng)的氟硅酸 鉀(鈉)結垢后引起堵塞，特別是以高鉀、鈉含量磷礦為原料的廠家，對生產設備和生產進度 影響甚大。在水中投入阻垢劑能有效的控制水垢的生成和沉積，因此通過加入阻垢劑來延 緩或者抑制垢物的形成是很有必要的。
[0003] 甲叉膦酸型化合物為水處理中最早應用的藥劑之一，由于它能在水中與Ca2+、Mg2 +、Zn2+、Fe2+等金屬離子形成多核配合物(軟垢)而排出體系，或者吸附在垢的結晶生長點上， 抑制垢物的進一步生長，從而達到阻垢效果。在工業(yè)冷卻水防垢處理中，甲叉膦酸型化合物 對碳酸鈣及硫酸鈣等垢有著優(yōu)異的阻垢作用，已得到廣泛應用。鑒于工業(yè)冷卻水中和濕法 磷酸生產中結垢都是由于液相性質如溫度、濃度發(fā)生改變，使飽和度增大，通過成核、晶體 生長及在接觸面的沉積等過程而形成。因此，甲叉膦酸型阻垢劑對濕法磷酸生產中的氟硅 酸鉀(鈉)垢也有一定的抑制作用。目前研究較多的是復配型阻垢劑，它是指同時使用兩種 或兩種以上的阻垢劑。復配型阻垢劑利用其協同效應，可顯著提高藥劑的使用效率。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決現有濕法磷酸生產中除垢劑存在的針對性不強、效果不好 等不足，提供一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑及其制備方法，該阻垢劑合成工藝簡單、性能穩(wěn) 定，對于多種垢物尤其是濕法磷酸生產中的氟硅酸鈉/鉀有優(yōu)異的阻垢效果。
[0005] 本發(fā)明解決上述問題的技術方案如下：
[0006] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由按重量份數計的三聚氰胺六甲叉膦酸100份與非 離子表面活性劑1-50份混合復配而成。
[0007] 所述非離子表面活性劑為0P-10乳化劑、聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉中一種，所述 三聚氰胺六甲叉膦酸結構式為
[0009]上述氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑的制備方法，包括以下步驟:首先在酸性條件下由六 羥甲基三聚氰胺和亞磷酸反應制備三聚氰胺六甲叉膦酸，將三聚氰胺六甲叉膦酸和非離子 表面活性劑按一定比例混合均勻即得。
[0010]上述方案中，制備三聚氰胺六甲叉膦酸時首先將一定量亞磷酸溶于水中配制成溶 液，接著將亞磷酸水溶液滴加到六羥甲基三聚氰胺和鹽酸的混合溶液中，將溶液加熱升溫 至90-100°C攪拌反應6-16h，反應完成后冷卻靜置，再加入無水乙醇攪拌1-2h，經抽濾、洗 滌、干燥即得。
[0011] 上述方案中，六羥甲基三聚氰胺與亞磷酸的摩爾比為1:6-10。
[0012] 上述方案中，三聚氰胺六甲叉膦酸與非離子表面活性劑的重量份數比為100:1-50 〇
[0013]所述非離子表面活性劑為0P-10乳化劑、聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉中一種。
[0014]優(yōu)選的，六羥甲基三聚氰胺與亞磷酸的摩爾比為1:10,所述非離子表面活性劑為 0P-10乳化劑。
[0015] 本發(fā)明提供的氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑具有以下有益效果：（1)性能穩(wěn)定、合成工 藝簡單。（2)與傳統(tǒng)阻垢劑相比添加量少，使用成本低廉。（3)對CaS〇4尤其是Na 2SiF6(K2SiF6) 有著優(yōu)異的阻垢效果，對CaC0 3也有一定的除垢效果。具體來說對氟硅酸鈉/鉀垢物，該阻垢 劑投加量僅僅為80ppm時，阻垢率可達95%以上，對硫酸鈣垢，阻垢劑投加量僅為8mg/L時， 阻垢率可達98%以上，對碳酸鈣垢，阻垢劑投加量為16mg/L時，阻垢率可達84%以上。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實施例1制得的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑質譜圖。
【具體實施方式】
[0017] 為使本領域普通技術人員充分理解本發(fā)明的技術方案和有益效果，以下結合具體 實施例及附圖進行進一步說明。
[0018] 實施例1
[0019] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與25份0P-10乳化劑 混合復配而成，其制備方法如下：
[0020] 第一步：將15g亞磷酸(O.lSmol)溶于40ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向帶 有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入9.3g六羥甲基三聚氰胺(0.03mol)、 17ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中，滴加完畢后 升溫至100°C，攪拌反應10h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇并攪拌1-2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固體19.4g， 即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0021] 第二步:按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、25份0P-10乳化劑 倒入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0022] 第一步制得的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑分子結構式為
[0024]其質譜圖如圖1所示。從圖1中可以看出691.07m/z處是阻垢主劑分子的分子離子 峰，相對豐度100%，可以證明目標產物是三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0025] 實施例2
[0026] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與25份聚乙二醇混合 復配而成，其制備方法如下：
[0027] 第一步:將54g亞磷酸(0.66mol)溶于100ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向帶 有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入28.9g六羥甲基三聚氰胺 (0.09mol)、50ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中， 滴加完畢后升溫至l〇〇°C，攪拌反應10h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇 并攪拌1-2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固 體58.8g，即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0028]第二步：按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、25份聚乙二醇倒 入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0029] 實施例3
[0030] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與25份十二烷基苯磺 酸鈉混合復配而成，其制備方法如下：
[0031] 第一步：將117g亞磷酸（1.43mol)溶于100ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向 帶有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入54.5g六羥甲基三聚氰胺 (0.18mol)、70ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中， 滴加完畢后升溫至90°C，攪拌反應16h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇 并攪拌2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固體 110.6g，即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0032]第二步：按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、25份十二烷基苯 磺酸鈉倒入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0033] 實施例4
[0034] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與1份OP-10乳化劑混 合復配而成，其制備方法如下：
[0035] 第一步:將147.6g(1.8mol)亞磷酸溶于120ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向 帶有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入54.5g(0.18mol)六羥甲基三聚氰 胺、80ml濃度為37wt %鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中，滴加完畢 后升溫至95°C，攪拌反應6h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇并攪拌2h， 析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固體113g，即為 所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0036]第二步：按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、1份0P-10乳化劑 倒入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0037] 實施例5
[0038] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與1份聚乙二醇混合 復配而成，其制備方法如下：
[0039] 第一步:將54g亞磷酸(0.66mol)溶于100ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向帶 有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入28.9g六羥甲基三聚氰胺 (0.09mol)、50ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中， 滴加完畢后升溫至l〇〇°C，攪拌反應10h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇 并攪拌1-2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固 體58.8g，即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0040]第二步:按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、1份聚乙二醇倒入 調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0041 ] 實施例6
[0042] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與1份十二烷基苯磺 酸鈉混合復配而成，其制備方法如下：
[0043] 第一步：將117g亞磷酸（1.43mol)溶于100ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向 帶有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入54.5g六羥甲基三聚氰胺 (0.18mol)、70ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中， 滴加完畢后升溫至90°C，攪拌反應16h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇 并攪拌2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固體 110.6g，即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0044] 第二步:按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、1份十二烷基苯磺 酸鈉倒入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0045] 實施例7
[0046] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與50份0P-10乳化劑 合復配而成，其制備方法如下：
[0047] 第一步：將15g亞磷酸(0.18mol)溶于40ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向帶 有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入9.3g六羥甲基三聚氰胺(0.03mol)、 17ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中，滴加完畢后 升溫至100°C，攪拌反應10h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇并攪拌1- 2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固體19.4g， 即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0048]第二步:按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、50份0P-10乳化劑 倒入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0049] 實施例8
[0050] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與50份聚乙二醇混合 復配而成，其制備方法如下：
[0051 ] 第一步:將54g亞磷酸(0.66mol)溶于100ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向帶 有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入28.9g六羥甲基三聚氰胺 (0.09mol)、50ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中， 滴加完畢后升溫至l〇〇°C，攪拌反應10h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇 并攪拌1-2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固 體58.8g，即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0052]第二步：按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、50份聚乙二醇倒 入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0053] 實施例9
[0054] 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，由100份三聚氰胺六甲叉膦酸與50份十二烷基苯磺 酸鈉混合復配而成，其制備方法如下：
[0055] 第一步：將117g亞磷酸（1.43mol)溶于100ml去離子水中得亞磷酸水溶液備用。向 帶有攪拌裝置、溫度計和回流冷凝裝置的反應容器中加入54.5g六羥甲基三聚氰胺 (0.18mol)、70ml濃度為37wt%鹽酸溶液，將配制好的亞磷酸水溶液全部滴加到反應器中， 滴加完畢后升溫至90°C，攪拌反應16h。反應結束后將溶液冷卻靜置，向其中加入無水乙醇 并攪拌2h，析出白色固體。最后經抽濾、醇洗(無水乙醇洗滌2-3次)和真空干燥，得白色固體 110.6g，即為所述的三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑。
[0056]第二步：按重量份數比，取100份三聚氰胺六甲叉膦酸阻垢主劑、50份十二烷基苯 磺酸鈉倒入調和釜中，室溫狀態(tài)下攪拌30-60min，即得氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑。
[0057]為充分了解本發(fā)明實施例1-3制備的阻垢劑的實際效果，分別進行了氟硅酸鈉/鉀 以及硫酸鈣、碳酸鈣阻垢實驗。本發(fā)明模擬工業(yè)濕法磷酸生產過程的氟硅酸鈉/鉀阻垢實驗 方法如下：
[0058]將濕法磷酸生成現場取回的稀磷酸溶液加熱至75°C，趁熱轉移至五個250ml燒杯 中，按比例加入阻垢劑并置于50°C恒溫水浴鍋中恒溫48h。其中燒杯中加入阻垢劑以稀酸量 計分別為40ppm、80ppm、120ppm、160ppm，同時進行空白對照。通過測定加入阻垢劑前后溶液 中K+、Na+含量，由下式計算阻垢率⑷
[0060] 式中：C〇--保溫前酸液中K+、Na+濃度，mg/L;
[0061] Ci一一保溫后未加阻垢劑試驗組中K+、Na+濃度，mg/L;
[0062] C2一一保溫后加入阻垢劑試驗組中K+、Na+濃度，mg/L。
[0063] 硫酸鈣和碳酸鈣的阻垢試驗參照《油田用防垢劑性能評定方法》（SY/T 5673-93) 中的方法分別進行硫酸鈣和碳酸鈣阻垢率實驗，并計算阻垢率。實施例1-3制備的阻垢劑氟 硅酸鈉/鉀阻垢實驗結果如表1所示。
[0064]表1:氟硅酸鈉/鉀阻垢性能評價 [0065]
[0066]由表1可以看出，本發(fā)明實施例1制備的阻垢劑投加量為80ppm時，阻垢率可達95 % 以上；實施例2制備的阻垢劑投加量為160ppm時，阻垢率可達最大，為80%以上;實施例3制 備的阻垢劑當投加量為120ppm時，阻垢率可達最大，為87 %以上。經比較發(fā)現，實施例1制備 的阻垢劑對氟硅酸鈉(鉀）的阻垢效果最好，添加量最少，為最優(yōu)配方;其次實施例3制備的 阻垢劑阻垢效果優(yōu)于實施例2。
[0067]實施例1-3制備的阻垢劑硫酸鈣阻垢實驗結果如表2所示。
[0068]表2:硫酸鈣阻垢性能評價
[0069]
[0070]由表2可以看出，本發(fā)明實施例1制備的阻垢劑投加量為8mg/L時，阻垢率可達98 % 以上;實施例2制備的阻垢劑當投加量為25mg/L時，阻垢率可達最大，為93%以上;實施例3 制備的阻垢劑當投加量為40mg/L時，阻垢率可達最大，為88%以上。經比較發(fā)現，實施例1制 備的阻垢劑對硫酸鈣的阻垢效果最好，添加量最少，為最優(yōu)配方;其次實施例2制備的阻垢 劑阻垢效果優(yōu)于實施例3。
[0071]實施例1-3制備的阻垢劑碳酸鈣阻垢實驗結果如表3所示。
[0072]表3:碳酸鈣阻垢性能評價
[0073]
[0074] 由表3可以看出，本發(fā)明實施例1制備的阻垢劑隨著投加量的增多，阻垢率整體呈 增加趨勢，當投加量為40mg/L時，阻垢率最大，可達78%以上;實施例2制備的阻垢劑投加量 為25mg/L時，阻垢率可達83%以上;實施例3制備的阻垢劑投加量僅為16mg/L時，阻垢率可 達最大，為84%以上;經比較發(fā)現，實施例3制備的阻垢劑對碳酸鈣的阻垢效果最好，添加量 最少，為最優(yōu)配方;其次實施例2制備的阻垢劑阻垢效果優(yōu)于實施例1。
[0075] 上述實驗結果表明，本發(fā)明提供的阻垢劑對于硫酸鈣尤其是氟硅酸鈉(鉀）的阻垢 效果優(yōu)異，所需用量少，對碳酸鈣有一定的除垢效果，該阻垢劑有著廣闊的應用前景。
【主權項】
1. 一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，其特征在于由按重量份數計的三聚氰胺六甲叉膦酸 100份與非離子表面活性劑1-50份混合復配而成。2. 如權利要求1所述的一種氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑，其特征在于:所述非離子表面活 性劑為OP-IO乳化劑、聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉中一種，所述三聚氰胺六甲叉膦酸結構式 為3. 權利要求1所述的氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 首先在酸性條件下由六羥甲基三聚氰胺和亞磷酸反應制備三聚氰胺六甲叉膦酸，將三聚氰 胺六甲叉膦酸和非離子表面活性劑按一定比例混合均勻即得。4. 如權利要求3所述的氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑的制備方法，其特征在于：制備三聚氰 胺六甲叉膦酸時首先將一定量亞磷酸溶于水中配制成溶液，接著將亞磷酸水溶液滴加到六 羥甲基三聚氰胺和鹽酸的混合溶液中，接著將溶液加熱升溫至90-100°C攪拌反應6-16h，反 應完成后冷卻靜置，再加入無水乙醇攪拌l_2h，經抽濾、洗滌、干燥即得。5. 如權利要求3所述的氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑的制備方法，其特征在于:六羥甲基三 聚氰胺與亞磷酸的摩爾比為1:6-10。6. 如權利要求3所述的氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑的制備方法，其特征在于:三聚氰胺六 甲叉膦酸與非離子表面活性劑的重量份數比為100:1-50。7. 如權利要求3所述的氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑的制備方法，其特征在于:所述非離子 表面活性劑為0P-10乳化劑、聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉中一種。8. 如權利要求3所述的氟硅酸鈉/鉀高效阻垢劑的制備方法，其特征在于:六羥甲基三 聚氰胺與亞磷酸的摩爾比為1:10,所述非離子表面活性劑為0P-10乳化劑。
【文檔編號】C02F5/14GK105884051SQ201610425127
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】黃齊茂, 王祎虹, 陳明祥, 陳楚珺, 盛先芳, 楊光宏
【申請人】武漢工程大學, 武漢強盛科技有限公司