基本信息
- 項目名稱：
- 球型垢誘導劑--生物可降解改性菊粉的制備與應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目提出并合成了一種生物可降解球形垢誘導劑，首次發(fā)現其可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導為球型，破壞垢粒子晶體生長并使之難以粘附于管道內壁，從而達到維持冷卻循環(huán)水等系統正常運行的目的。
- 詳細介紹：
- 本項目提出并合成了一種生物可降解球形垢誘導劑，首次發(fā)現其可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導為球型，破壞垢粒子晶體生長并使之難以粘附于管道內壁，從而達到維持冷卻循環(huán)水等系統正常運行的目的。 在城市用水中，工業(yè)用水約占城市用水量的70％，而在工業(yè)用水中，冷卻水用量約占80%左右，循環(huán)冷卻水是提高工業(yè)用水效率的重要途徑，循環(huán)水處理藥劑如阻垢劑、緩蝕劑等則是保障工業(yè)循環(huán)水系統安全平穩(wěn)運行的技術保障。目前工業(yè)生產中阻垢劑多為有機膦酸鹽類、聚磷酸鹽類，其分別存在易造成水體富營養(yǎng)化和自然條件下難降解的問題，由于我國工業(yè)循環(huán)水采用直接排放至自然受納水體中的方式，即易引起自然水體污染，如太湖藍藻事件等。傳統有機膦酸鹽類阻垢劑阻垢機理是通過在各種水垢表面吸附，使得結晶體發(fā)生畸變，形成無定形晶體，從而降低在熱交換器和管道表面沉積，提高傳熱和傳輸效率。傳統阻垢劑盡管一定程度上破壞了垢體晶格的增長，但仍會有大量垢體附著于管壁，影響系統的導熱性能；本項目以菊芋為主要原料，提取菊粉，然后用氯乙酸進行改性，獲得羧甲基菊粉，并分析了其對于CaCO3、BaSO4等晶體的分散效果。首次發(fā)現，其可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導為球型，能完全破壞垢粒子晶體生長并使之難以粘附于管道內壁；由于改性菊粉本身不含有氮磷元素，而且可以完全生物降解，因此克服了傳統有機膦阻垢劑易造成環(huán)境污染的缺點，排放后不會引起水體的二次污染，完全可以工業(yè)化推廣，并成為一種優(yōu)秀的生物可降解、環(huán)境友好型阻垢分散劑。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.目的和基本思路 目前傳統阻垢劑多為有機膦酸鹽類、聚磷酸鹽類，其分別存在易造成水體富營養(yǎng)化和自然條件下難降解的問題。傳統阻垢劑通過吸附在垢表面，使晶體發(fā)生畸變，形成無定形晶體，盡管部分破壞了垢體晶格的增長，但仍有大量垢體附著于管壁，影響系統的導熱性能；本項目研究并合成了羧甲基菊粉，分析其對CaCO3、BaSO4等晶體的分散效果；目的在于尋求一種無氮磷、且可生物降解的新型阻垢分散劑。 2.創(chuàng)新點 (1) 首次發(fā)現對菊粉進行羧甲基化后，其分子可產生一種完全不同于傳統的畸變過程，使得CaCO3、BaSO4等方解石晶體形成與原晶體尺寸相近的（5微米左右）球體結構，從根本上降低垢在管壁的堆積高度或者厚度，破壞了垢粒子的結晶堆積。 (2) 首次提出雙氧水快速脫色方法，確定了石灰乳-磷酸除雜最佳工藝條件，提高菊粉產率5—10%。 (3) 羧甲基菊粉是在菊粉分子上的伯醇或仲醇基團被羧甲基取代而成，保持了菊粉的可生物降解、無毒等特性；菊芋來源廣泛，成本低廉，該產品的工業(yè)化推廣可促進農村經濟發(fā)展。 3.技術關鍵和主要技術指標 無CMI的條件下生成CaCO3晶體的是立方體形方解石；當溶液中加入的CMI濃度為4ppm時，CaCO3晶體中出現了部分球形晶形；隨著CMI濃度增大，CaCO3晶體中球形晶形含量不斷升高。且與無CMI的試樣相比，團聚明顯減少，即碳酸鈣顆粒表面極性減弱，表面能降低，從而使顆粒處于一種較穩(wěn)定狀態(tài)，表現出明顯的誘導和阻垢分散效果。
科學性、先進性
- (1) 傳統阻垢劑阻垢機理主要有金屬離子螯合、晶格畸變等，多將垢粒晶體由方解石型誘導為不定形結構，盡管一定程度上破壞了垢體晶格的生長，但仍會有大量垢體附著于管壁，影響系統的導熱性能；而羧乙基菊粉可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導為球型，使得晶體之間不容易堆積生長，且不容易附著在管道內壁上，垢體可隨循環(huán)水定期排出，不影響系統的導熱性能。 (2) 在制備菊粉過程中，本發(fā)明首創(chuàng)雙氧水脫色方法，與傳統后期活性炭脫色工藝相比，脫色快，過濾速度大，避免了活性炭對菊粉提取液有效成分的吸附，提高菊粉的產率5~10%，并減少活性炭用量，降低成本，減少廢渣廢料的排放。 (3) 本工藝生產的羧甲基菊粉是在菊粉分子上的伯醇或仲醇基團被羧甲基取代而成，保持了菊粉的可生物降解、無氮磷等特性，克服傳統藥劑含氮磷、難降解等缺點，可隨循環(huán)水、油田注水等直接排入自然環(huán)境中而不會造成任何污染。
獲獎情況及鑒定結果
- 與河南省濟源清水源有限公司簽訂技術轉讓合同
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 已與河南省濟源清水源有限公司簽訂技術轉讓合同
作品可展示的形式
- 實物、產品；圖片；錄像；樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 1. 產品特點和優(yōu)勢 (1) 改變晶形明顯、阻垢性能優(yōu)越；(2) 全生物可降解、環(huán)境友好型；(3) 原材料來源廣泛、價格低廉；(4) 可規(guī)?；a業(yè)化，能帶來可觀經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。 2.適用范圍： 該產品適應于工業(yè)循環(huán)冷卻水處理、油田開采時的注水處理、鍋爐水處理、反滲透水處理等。 3.市場分析和經濟效益預測： (1)市場分析：羧甲基菊粉成本低廉，原材料來源廣泛，可克服目前市場上傳統阻垢劑易造成水體污染、不易自然降解的缺點，成為可生物可降解、環(huán)境友好型阻垢分散劑，適用于工業(yè)冷卻循環(huán)水、油田注水等阻垢處理。 (2)經濟效益預測：羧甲基菊粉規(guī)模化生產每噸成本價為2.5萬左右，與傳統阻垢劑1~3萬每噸的價格相當；但其無毒無污染、可生物降解的特性可使其逐漸取代傳統含磷阻垢劑，逐步形成大規(guī)模產業(yè)。羧甲基菊粉生產所需要的菊芋，在國內有廣泛種植基礎；該水處理劑工業(yè)化生產后，會極大地促進農產品加工的工業(yè)化，帶動當地就業(yè)，在一定程度促進農村經濟發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 一 國內外傳統阻垢劑阻垢機理研究狀況 阻垢劑的阻垢機理比較復雜，會因環(huán)境條件、水質和垢的種類等因素的不同而各異。國內外目前的研究熱點集中點聚天冬氨酸等聚合物、異丙烯膦酸-丙烯酸等共聚物以及藥劑復配的阻垢性能研究，普遍認同晶格畸變理論，即垢體的微晶成長時按照一定的晶格排列，結晶致密而堅硬。加入阻垢劑后，阻垢劑吸附在晶體上并摻雜在晶格的點陣中，對無機垢體的結晶形成了干擾，使晶體發(fā)生畸變，迫使大晶體內部應力增大，使晶體易于破裂，阻礙了垢體的生長。 傳統有機膦阻垢劑分子中大多含有羧基-COOH，羧基在水溶液中極易水解為-COO-和H+，阻垢劑分子在-COO-的作用下，吸附于垢粒子晶體表面并摻雜在晶格的點陣中，干擾、破壞晶體的正常堆積生長，一般會將方解石形的晶體誘導為層狀、球文石形等不定形。但是這些形態(tài)的晶體仍然存在著一定的沉積現象，尤其在工業(yè)循環(huán)冷卻水和油田注水中，該類晶體容易粘附在管道內壁，造成系統導熱性能下降、管道堵塞等問題。 二 改性菊粉的研究概況 菊粉是一種膳食類的多糖，具有無毒，可生物降解的特性。菊粉多糖的特殊結構可通過一定的化學方法鏈結具有一定功能的官能團，常用于多糖官能團改造的方法有降解、羧甲基化、硫酸酯化、乙酸化、烷基化、磷酸酯化等。菊粉分子可以通過醇輕基與不同化學試劑作用得到各種不同性能的產品。 菊粉經化學改性后的產品能有效用作藥物載體、疫苗輔劑、金屬鰲合劑的主要成分，目前很多研究者已將注意力放在菊粉的化學改性上，其工業(yè)用途還在發(fā)展之中；目前還未有羧甲基菊粉應用于阻垢分散劑的報道。
