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基本信息

項目名稱：
球型垢誘導(dǎo)劑--生物可降解改性菊粉的制備與應(yīng)用
小類：
能源化工
簡介：
本項目提出并合成了一種生物可降解球形垢誘導(dǎo)劑，首次發(fā)現(xiàn)其可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導(dǎo)為球型，破壞垢粒子晶體生長并使之難以粘附于管道內(nèi)壁，從而達(dá)到維持冷卻循環(huán)水等系統(tǒng)正常運行的目的。
詳細(xì)介紹：
本項目提出并合成了一種生物可降解球形垢誘導(dǎo)劑，首次發(fā)現(xiàn)其可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導(dǎo)為球型，破壞垢粒子晶體生長并使之難以粘附于管道內(nèi)壁，從而達(dá)到維持冷卻循環(huán)水等系統(tǒng)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(tǒng)安全平穩(wěn)運行的技術(shù)保障。目前工業(yè)生產(chǎn)中阻垢劑多為有機(jī)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(lán)藻事件等。傳統(tǒng)有機(jī)膦酸鹽類阻垢劑阻垢機(jī)理是通過在各種水垢表面吸附，使得結(jié)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(tǒng)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(tǒng)的導(dǎo)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(jìn)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(xiàn)，其可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導(dǎo)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(nèi)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(tǒng)有機(jī)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(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.目的和基本思路 目前傳統(tǒng)阻垢劑多為有機(jī)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(tǒng)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(tǒng)的導(dǎo)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(xiàn)對菊粉進(jìn)行羧甲基化后，其分子可產(chǎn)生一種完全不同于傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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(jié)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(chǎn)率5—10%。 (3) 羧甲基菊粉是在菊粉分子上的伯醇或仲醇基團(tuán)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(chǎn)品的工業(yè)化推廣可促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 3.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 無CMI的條件下生成CaCO3晶體的是立方體形方解石；當(dāng)溶液中加入的CMI濃度為4ppm時，CaCO3晶體中出現(xiàn)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(tuán)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(xiàn)出明顯的誘導(dǎo)和阻垢分散效果。

科學(xué)性、先進(jìn)性

(1) 傳統(tǒng)阻垢劑阻垢機(jī)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(dǎo)為不定形結(jié)構(gòu)，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(tǒng)的導(dǎo)熱性能；而羧乙基菊粉可將CaCO3、BaSO4等晶體由方解石型誘導(dǎo)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(nèi)壁上，垢體可隨循環(huán)水定期排出，不影響系統(tǒng)的導(dǎo)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(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)的羧甲基菊粉是在菊粉分子上的伯醇或仲醇基團(tuán)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(tǒng)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(jié)果

與河南省濟(jì)源清水源有限公司簽訂技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

已與河南省濟(jì)源清水源有限公司簽訂技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同

作品可展示的形式

實物、產(chǎn)品；圖片；錄像；樣品

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

1. 產(chǎn)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)?；?、產(chǎn)業(yè)化，能帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。 2.適用范圍： 該產(chǎn)品適應(yīng)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(jīng)濟(jì)效益預(yù)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(tǒng)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(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：羧甲基菊粉規(guī)模化生產(chǎn)每噸成本價為2.5萬左右，與傳統(tǒng)阻垢劑1~3萬每噸的價格相當(dāng)；但其無毒無污染、可生物降解的特性可使其逐漸取代傳統(tǒng)含磷阻垢劑，逐步形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)。羧甲基菊粉生產(chǎn)所需要的菊芋，在國內(nèi)有廣泛種植基礎(chǔ)；該水處理劑工業(yè)化生產(chǎn)后，會極大地促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品加工的工業(yè)化，帶動當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)，在一定程度促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

同類課題研究水平概述

一 國內(nèi)外傳統(tǒng)阻垢劑阻垢機(jī)理研究狀況 阻垢劑的阻垢機(jī)理比較復(fù)雜，會因環(huán)境條件、水質(zhì)和垢的種類等因素的不同而各異。國內(nèi)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(fù)配的阻垢性能研究，普遍認(rèn)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(jié)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(jī)垢體的結(jié)晶形成了干擾，使晶體發(fā)生畸變，迫使大晶體內(nèi)部應(yīng)力增大，使晶體易于破裂，阻礙了垢體的生長。 傳統(tǒng)有機(jī)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(dǎo)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(xiàn)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(nèi)壁，造成系統(tǒng)導(dǎo)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(jié)構(gòu)可通過一定的化學(xué)方法鏈結(jié)具有一定功能的官能團(tuán)，常用于多糖官能團(tuán)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(xué)試劑作用得到各種不同性能的產(chǎn)品。 菊粉經(jīng)化學(xué)改性后的產(chǎn)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(xué)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(yīng)用于阻垢分散劑的報道。
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