[发明专利]一种水处理用生物基碳钢缓蚀剂的制备和应用

说明书

本发明涉及水处理技术领域，具体为一种水处理用生物基碳钢缓蚀剂的制备和应用，本发明以松香树脂酸、3‑二甲氨基丙胺和溴甲烷为原料，合成了一种生物基季铵盐缓蚀剂，本发明根据表面活性剂分子在固液界面形成吸附膜的基本原理，设计合成的生物基季铵盐分子具有较大的疏水基体积，可以在金属表面形成致密的疏水微区，起到更好的缓蚀作用；在本发明的实验条件下，在浓度为20mg/L时，生物基季铵盐缓蚀剂的缓蚀率可以达到92.5%，远优于传统的季铵盐表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，此外，由于该季铵盐缓蚀剂是以天然产物为原料制备而成，因此也具有更好的可降解性和生物相容性，不会对水体造成污染。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体为一种水处理用生物基碳钢缓蚀剂的制备和应用。

背景技术

在工业生产中普遍采用循环冷却水系统，以达到高效用水和节水的目标。循环冷却水系统的管道及器壁大多为钢材，在微生物、氧气及二氧化碳的作用下易于生锈或与介质中的酸发生反应，产生腐蚀，进而导致结垢等一系列问题。这会影响到系统的顺利运行，造成生产停滞，设备损坏，某些情况下还可能造成严重的事故。向系统中加入缓蚀剂可以有效减缓金属的腐蚀，已成为控制金属腐蚀的重要方法，广泛应用于循环冷却水系统中。

常见的缓蚀剂可以分成无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类。缓蚀剂的种类不同，其缓蚀机理也不同。有的缓蚀剂可以与金属表面反应，使金属表面产生钝化，起到缓蚀的作用。有的缓蚀剂可以吸附到金属表面，形成一层吸附膜，来抑制金属表面的腐蚀。随着人们对环境问题的日益关注，对缓蚀剂也提出了越来越高的要求。好的缓蚀剂需要具有优良的缓蚀效率，同时其使用过程不会对水体造成二次污染。因此，开发毒性小、缓蚀效率高、生物相容性好的新一代缓蚀剂，是人们追求的目标。季铵盐类表面活性剂广泛用于人们的日常生活，可作为柔软剂、抗静电剂使用，具有毒性小，应用广泛的优点，是一类值得关注的缓蚀剂。

季铵盐类表面活性剂的缓蚀作用是通过在带负电的金属表面形成一层吸附膜来实现。吸附膜越致密，则缓蚀效果越好。然而，传统季铵盐表面活性剂的疏水链由烷烃链构成。由于离子头基之间的排斥作用，形成的吸附膜较为疏松，通常需要较高的浓度才能形成较为致密的吸附膜，起到良好的缓蚀效果。若能开发含有较大疏水基团的季铵盐表面活性剂作为缓蚀剂，则有望在较低浓度下在金属表面形成致密的吸附膜，提高缓蚀效率，降低使用成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水处理用生物基碳钢缓蚀剂的制备和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水处理用生物基碳钢缓蚀剂，其分子结构如下：

优选的，其制备的反应通式如下：

优选的，将一定量的生物基碳钢缓蚀剂加入以碳钢为主要构成的循环冷却水系统中，生物基碳钢缓蚀剂在碳钢表面形成致密的吸附层，起到缓蚀效果。

一种水处理用生物基碳钢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将松香树脂酸投入烧瓶中，先加入N,N-二甲基甲酰胺，然后在40-60℃下逐滴滴加氯化亚砜，滴加过程中产生的酸性气体用碱液吸收，滴加结束后，在65-95℃下继续反应20-40min，将过量的氯化亚砜蒸除，得到松香树脂酸酰氯；

步骤二：将松香树脂酸酰氯溶于二氯甲烷中，控制松香树脂酸酰氯溶液温度为0℃，先加入过量三乙胺，然后加入3-二甲氨基丙胺，滴加结束后继续反应2-4h，得到酰胺产物；

步骤三：将酰胺产物转入烧杯中，先用弱碱性水洗涤3次，然后用二氯甲烷萃取2次，将萃取液用无水硫酸钠干燥，采用减压蒸馏的方法去除二氯甲烷和三乙胺，得到中间体1；