本发明属于水处理，具体涉及一种高效水处理阻垢剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、水垢的形成是工业水处理系统中的一大难题，尤其在高温、高硬度水质条件下，碳酸钙、硫酸钙、硅酸盐等沉积物会逐渐积累在管道、换热器和锅炉等设备中，导致传热效率下降、能耗增加，甚至可能引发设备故障或停机检修。为了解决这一问题，通常采用添加阻垢剂的方法来控制水质。
2、当前市场上的阻垢剂主要依赖于有机磷酸盐、聚合物等化学物质，这些阻垢剂通过螯合、晶体生长抑制及分散作用，减缓水垢的生成。然而，这些常见阻垢剂在某些极端条件下(如高温、高硬度水质)存在稳定性不足、效率下降等问题：1)高温下的分解和失效；许多阻垢剂在高温环境下易发生分解，尤其是聚丙烯酸类阻垢剂，随着温度上升，其阻垢效果明显下降，导致水垢问题无法有效控制；2)高硬度水质中的局限；高硬度水中含有大量的钙、镁等金属离子，传统阻垢剂的螯合作用往往无法完全防止金属离子的沉淀，进而导致水垢迅速生成。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种高效水处理阻垢剂及其制备方法和应用，其不仅具有持续的螯合能力，并且具备优异的稳定性，在高温、高硬度水质等复杂、极端条件下仍能发挥高效的阻垢效果，展现出显著的优势。
2、为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种高效水处理阻垢剂，包括以下质量百分含量的原料：聚丙烯酸15～30％，1-羟基乙叉-1,1-二膦酸5～15％，六偏磷酸钠1～5％，硫酸钠0.5～1％，水解聚马来酸酐3～8％，乙二胺四甲叉膦酸2～10％，超级螯合剂0.3～1.5％，余量为水。
3、上述方案中，所述超级螯合剂为三羧基氮基乙酸酯和乙二醇基聚合物的共聚物，主要化学成分为(c12h18n2o4)n，聚合度为5000～10000。
4、上述方案中，所述超级螯合剂的制备方法包括以下步骤：
5、1)将三羧基氮基乙酸酯溶解于极性溶剂，再加入水解剂，得到混合溶液；
6、2)将混合溶液升温至聚合温度后，向其中缓慢加入乙二醇基聚合物和聚合催化剂，进行聚合反应；
7、3)聚合反应结束后，加入稀酸溶液终止反应，并使体系中的共聚物析出，对共聚物进行洗涤，干燥，得到固态的超级螯合剂。
8、进一步地，所述极性溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种。
9、进一步地，所述三羧基氮基乙酸酯的质量与极性溶剂的体积比为1g:(25～50)ml，保证反应物在溶液中有足够的分散度。
10、进一步地，所述水解剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。
11、进一步地，所述水解剂配制成浓度0.5～1mol/l的水溶液后加入。
12、进一步地，所述水解剂与三羧基氮基乙酸酯的质量比为(1.5～2):1。
13、进一步地，所述聚合温度为70～90℃。
14、进一步地，所述聚合反应的总时间为2～3h，其中乙二醇基聚合物和聚合催化剂的加入时间为0.5～1h，加入完毕后继续反应1.5～2h。
15、进一步地，所述乙二醇基聚合物为聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种，它们能够提供适当的反应位点并增强共聚物的柔韧性。
16、进一步地，所述乙二醇基聚合物与三羧基氮基乙酸酯的质量比为(2～5):1。
17、进一步地，所述聚合催化剂为铜基mof材料。
18、进一步地，所述聚合催化剂为cu-btc、cu-mof-74、cu-tpa中的一种。
19、进一步地，所述聚合催化剂与三羧基氮基乙酸酯的质量比为(0.01～0.05):1，确保在适当量下促进反应而不影响共聚物的性质。
20、进一步地，所述稀酸溶液为盐酸或硫酸，浓度为0.1～0.5mol/l。
21、进一步地，所述稀酸溶液的质量为聚合反应体系总质量的1～1.5倍。
22、进一步地，所述洗涤采用乙醇、甲醇或水进行，用以去除未反应的单体和溶剂残留。
23、进一步地，所述干燥的温度为50～80℃，时间为4～8h。
24、本发明还提供一种高效水处理阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
25、s1、向水中依次加入聚丙烯酸、硫酸钠、1-羟基乙叉-1,1-二膦酸、六偏磷酸钠和水解聚马来酸酐，充分搅拌至溶解；
26、s2、升高温度后，相继加入乙二胺四甲叉膦酸和超级螯合剂，继续搅拌确保各组分均匀混合并稳定；
27、s3、冷却至室温后，过滤，得到澄清的高效水处理阻垢剂。
28、上述方案中，步骤s2中，升高温度至50～60℃，这个温度区间可以确保乙二胺四甲叉膦酸和超级螯合剂的良好溶解性和均匀分散，同时避免过高温度可能导致的分解。
29、本发明还提供一种高效水处理阻垢剂在水处理中的应用，应用方法为：将高效水处理阻垢剂投加于需要阻垢的水系统中。
30、上述方案中，所述高效水处理阻垢剂可以通过投加泵定量加入，以便阻垢剂稳定存在于水系统中并有效作用。
31、上述方案中，所述高效水处理阻垢剂的投加量为10～50mg/l。该浓度范围投加可以有效发挥阻垢效果，同时避免过量使用带来的经济成本增加和副作用。
32、上述方案中，所述高效水处理阻垢剂的温度适用范围为20～90℃，硬度适用范围为以caco3计100～1000mg/l。
33、本发明的技术构思是：
34、首先制备一种超级螯合剂，以三羧基氮基乙酸酯作为螯合剂的基础结构，提供氮原子用于金属螯合作用，乙二醇基聚合物用于形成分子间的超导通道，保证分子链结构的柔韧性和导电性，聚合催化剂用于启动分子的聚合过程；其分子骨架由重复的含氮-氧基团组成，这些基团通过氮原子提供螯合位点，氮原子通过配位键与金属离子(如ca2+、mg2+)结合，而氧原子提供额外的电子云作用，帮助稳定这种结合，阻止金属离子结垢，在螯合和稳定金属离子方面具有协同作用机制；其分子结构能够在较高温度下保持化学稳定性，并有利于金属离子的高效传导和分散，确保在高温和复杂水质中的卓越稳定性和螯合作用。
35、其次将超级螯合剂与其它组分制成高效水处理阻垢剂，各组分之间具有协同促进作用，具体如下：
36、聚丙烯酸与水解聚马来酸酐的分散作用：聚丙烯酸和水解聚马来酸酐都具备分散微粒的功能，但各自的作用机制不同。聚丙烯酸主要防止钙离子与碳酸根结合，而水解聚马来酸酐通过羧基结合金属离子来阻止晶体生长。二者协同作用不仅抑制初始晶体的形成，还防止已生成的小颗粒晶体聚集，从而形成稳定的分散体系，有效阻止水垢的大规模沉积。
37、1-羟基乙叉-1,1-二膦酸盐与乙二胺四甲叉膦酸的螯合作用：1-羟基乙叉-1,1-二膦酸盐和乙二胺四甲叉膦酸都具有螯合金属离子的能力，但各自在不同水质条件下的作用强度不同。1-羟基乙叉-1,1-二膦酸盐在低至中等硬度下效果优异，而乙二胺四甲叉膦酸在高硬度水质中能保持高效螯合。二者的组合确保了该阻垢剂在多种水质条件下均能高效抑制钙、镁等金属离子的沉淀，并在高硬度条件下继续保持效果，形成强效的螯合阻垢体系。
38、超级螯合剂与六偏磷酸钠的结晶生长抑制与分散作用：超级螯合剂通过其特有的分子骨架和螯合作用，能够在高温下有效结合钙、镁等金属离子，防止水垢的形成；而六偏磷酸钠的多价磷酸根可以抑制结晶的生长和聚集，二者共同作用能够进一步提高阻垢剂在高温和高硬度条件下的稳定性和高效性。这种组合特别适合在温度波动较大的系统中，形成稳固的阻垢保护层。
39、硫酸钠的辅助作用：硫酸钠作为离子强度调节剂，在整个配方中有助于维持溶液的均匀性，使其他成分的螯合、分散作用更加均匀。它通过提供较高的离子强度，不仅增强了螯合剂对金属离子的吸引力，还帮助分散成分保持分散态，从而进一步提高阻垢剂的稳定性和长期有效性。
40、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
41、本发明针对现有阻垢剂在高温、高硬度等极端水质条件下存在稳定性不足、效率下降的问题，开发了一种新的高效水处理阻垢剂；其组成中的超级螯合剂在高温环境下能有效螯合钙、镁等金属离子，防止沉积物生成，同时，水解聚马来酸酐通过其羧基结构，在高温环境中提供额外的分散作用，防止沉淀晶体的聚集，使阻垢剂在高温环境中既能保持化学稳定性，又能持续分散沉淀物，避免水垢的形成，再加上聚丙烯酸的辅助作用，高温条件下聚丙烯酸的分散能力与lgf的螯合能力共同作用，进一步抑制了碳酸钙和其他沉积物的生成，这种多层次的分散和螯合协同作用显著提升了阻垢剂的在高温水质条件下的稳定性和阻垢效率；而针对高硬度水质条件，超级螯合剂和1-羟基乙叉-1,1-二膦酸盐分别从不同位点螯合金属离子，降低了金属离子与碳酸根和硫酸根结合的趋势，双重螯合作用确保在高硬度条件下依然可以有效控制水垢的生成，同时，六偏磷酸钠的多价磷酸根与钙、镁等金属离子结合，进一步抑制结晶的形成，与超级螯合剂和1-羟基乙叉-1,1-二膦酸盐的螯合作用相互补充，在高硬度条件下，通过同时分散、螯合和抑制结晶，实现比单一成分更高效的阻垢效果；综上所述，本发明阻垢剂在高温、高硬度水质等复杂、极端条件下仍能实现高效阻垢，展现出显著的优势。
1.一种高效水处理阻垢剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的原料：聚丙烯酸15～30％，1-羟基乙叉-1,1-二膦酸5～15％，六偏磷酸钠1～5％，硫酸钠0.5～1％，水解聚马来酸酐3～8％，乙二胺四甲叉膦酸2～10％，超级螯合剂0.3～1.5％，余量为水；所述超级螯合剂为三羧基氮基乙酸酯和乙二醇基聚合物的共聚物。
2.根据权利要求1所述的高效水处理阻垢剂，其特征在于，所述超级螯合剂的主要化学成分为(c12h18n2o4)n，聚合度为5000～10000。
3.根据权利要求1所述的高效水处理阻垢剂，其特征在于，所述超级螯合剂的制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的高效水处理阻垢剂，其特征在于，所述乙二醇基聚合物为聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种；所述乙二醇基聚合物与三羧基氮基乙酸酯的质量比为(2～5):1。
5.根据权利要求3所述的高效水处理阻垢剂，其特征在于，所述聚合催化剂为铜基mof材料；所述聚合催化剂与三羧基氮基乙酸酯的质量比为(0.01～0.05):1。
6.根据权利要求3所述的高效水处理阻垢剂，其特征在于，所述水解剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种；所述水解剂与三羧基氮基乙酸酯的质量比为(1.5～2):1。
7.根据权利要求3所述的高效水处理阻垢剂，其特征在于，所述聚合温度为70～90℃；所述聚合反应的总时间为2～3h，其中乙二醇基聚合物和聚合催化剂的加入时间为0.5～1h，加入完毕后继续反应1.5～2h。
8.根据权利要求3所述的高效水处理阻垢剂，其特征在于，所述极性溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种；所述三羧基氮基乙酸酯的质量与极性溶剂的体积比为1g:(25～50)ml。
9.权利要求1～8中任一项所述的高效水处理阻垢剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求1～8中任一项所述的高效水处理阻垢剂的应用，其特征在于，所述高效水处理阻垢剂的温度适用范围为20～90℃，硬度适用范围为以caco3计100～1000mg/l。
