[发明专利]一步法合成缓蚀阻垢剂S-羧乙基硫代琥珀酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于工业循环冷却水处理领域，具体涉及一种采用“一步法”合成无磷缓蚀阻垢剂S-羧乙基硫代琥珀酸的方法。

 

背景技术

随着工业的迅速发展，工业用水量日益增多，其中循环冷却水占工业用水量的70%-90%。我国现行的循环冷却水系统大多采用敞开式的循环冷却水系统，这种循环冷却水处理系统由于开式冷却塔的蒸发作用，循环冷却水在这个过程中浓缩倍数不断增大，Fe²⁺、Cl^－、Ca²⁺、Mg²⁺等离子浓度不断升高，若不投加水处理药剂，热交换器及管道多发生腐蚀、结垢及微生物粘泥等问题，其中结垢及生物粘泥严重影响了冷却系统的换热效率，腐蚀大大缩短了换热设备的使用寿命。因此，各种化学水质稳定剂，如缓蚀剂、阻垢剂、杀生剂、清洗剂、预膜剂等在工业循环水中得到了广泛应用。

自上世纪70年代以来，磷系缓蚀阻垢剂开始应用于工业循环冷却水系统，因其无毒、价廉、缓蚀阻垢效果突出而备受推广。在我国，为防止高浓缩倍数下引起的腐蚀结垢，工业循环水系统一般需以2%左右的流量向环境排放循环水，这些排放的循环水可直接排入地表水体。而磷元素是引起水体富营养化的主要营养元素，世界上很多国家已经对磷的排放作出了明确的限定，例如欧盟、美国及日本等发达国家均规定了总磷排放浓度1.0mg/L的排放限值，我国污水综合排放标准(GB8978-2002) 中的一级标准也规定总磷排放浓度不超过1.0mg/L的排放限值。近年来，我国很多地区均限制了含磷缓蚀阻垢剂在工业循环冷却水中的应用。

目前市场现有的无磷缓蚀阻垢剂有镧系、钼系、钨系及甲壳素等有机高分子系列，例如美国专利“Compositions for controlling scale formation in aqueous system”[US 5,342,540(1994)]公开了一种由PESA、丙烯酸共聚物和镧系离子组成的复合缓蚀阻垢剂；国内专利“抗坏血酸无磷缓蚀阻垢剂及制备”（CN102225809A）公开了一种由马来酸化合物、丙烯酸三元共聚物、抗坏血酸等组成的缓蚀阻垢剂；专利“一种无磷缓蚀阻垢剂及其应用”（CN101066811）公开了一种由聚马来酸酐、锌盐、钼酸盐、天然有机高分子等组成的缓蚀阻垢剂，这些已公开专利中的缓蚀阻垢剂均是无磷缓蚀阻垢剂。但这些缓蚀阻垢剂有些含有钼酸盐、钨酸盐与镧系化合物，虽然缓蚀阻垢效果良好，但是钼酸盐等化合物价格昂贵，阻碍了其推广使用，同时现有无磷缓蚀阻垢剂在生产过程中，一方面面临生产工艺复杂、配方种类多、成本较高的问题，另一方面这些缓蚀阻垢剂随冷却水排放到环境中难以被生物降解，本身就对环境造成了二次污染，部分无磷缓蚀阻垢剂是以有毒有害化学品为原料化合而成，生产过程中存在一定的安全风险及环境污染。这些因素均制约了一些无磷缓蚀阻垢剂的应用与推广。

 

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，根据已有的实验室条件，采用一步合成法合成一种效果良好、成本低廉的无磷缓蚀阻垢剂S-羧乙基硫代琥珀酸。该缓蚀阻垢剂既克服了磷系缓蚀阻垢剂对水体造成的二次污染问题，同时对高硬度的循环冷却水仍有较好的缓蚀阻垢效果。

本发明利用3-巯基丙酸与马来酸酐，在D101碱性树脂的作用下发生亲核加成反应一步合成S-羧乙基硫代琥珀酸，反应化学方程式如下：

。

本发明所述一步法合成缓蚀阻垢剂S-羧乙基硫代琥珀酸的方法，按照下述步骤进行:

（1）将一定量的马来酸酐和蒸馏水加入到装有回流装置的三口烧瓶中，于恒温油浴锅中预热至70℃，待马来酸酐溶解完全；

（2）然后向上述的三口烧瓶中加入一定量的3-巯基丙酸，同时加入一颗磁力转子，将油浴锅的转速设为500r/min，使得3-巯基丙酸与马来酸酐溶液完全混溶，然后加入少量的D101碱性树脂；

（3）将上述体系升温至125℃，加热回流3.5小时，趁热抽滤，将滤液放置在冰箱中使之冷却到4℃左右重结晶，再次抽滤，滤液无挥发物质成分，可回收套用，搜集滤饼，将滤饼放置于冷冻干燥机中干燥48小时，得白色粉末即为产品。

其中步骤（1）中马来酸酐与步骤（2）中3-巯基丙酸摩尔比为：n(马来酸酐)：n(3-巯基丙酸)=1.2:1。           

其中步骤（1）中所述的蒸馏水的加入量为马来酸酐与3-巯基丙酸质量之和的2倍，即m(水)： m[ (马来酸酐)+(3-巯基丙酸)]=2：1  。