一种浓缩型固体除晶剂及其制备方法和应用

本发明属于隧道维养，涉及一种浓缩型固体除晶剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、隧道排水系统主要用于排放山体中的地下水，由于隧道采用喷射混凝土与模筑混凝土衬砌型式结合，导致地下水首先在喷射混凝土内部渗流，而后再进入排水系统内，这一过程导致地下水将大量喷射混凝土内钙物质带入排水系统内，当碳酸钙达到过饱和状态，就会在排水系统内形成结晶体，逐渐堆积最终堵塞管道。除了过饱和度的影响外，高温、高浓度、高ph值以及管道尺寸、摩擦力等因素也会对碳酸钙结晶的成核沉积产生影响，同时，受设计水平、施工质量、材料优劣、地质条件和运营环境等因素的影响，碳酸钙结晶对隧道排水系统的影响非常大，不仅会导致排水困难，影响隧道的正常使用，堵塞会导致隧道渗漏，进而造成地下水位上升和围岩孔隙水压增加，进一步改变围岩的物理化学性质，导致岩体力学性质的恶化。这种情况不仅会影响隧道的外观美观，还可能导致隧道衬砌裂损，甚至使隧道结构发生严重变形，威胁支护结构的稳定性和行车安全。

2、目前针对隧道排水系统中结晶物的清洗，可分为物理方法和化学方法两大类。物理方法包括高压水或空气冲洗、冲击钻探、磁化法和超声波清洗等，具有清洗效率低、有一定破坏性、成本高且费时费力等缺点；化学方法主要是采用酸性化学物质，如草酸、盐酸和硫酸等强酸试剂配制酸性清洗剂，通过酸-盐反应来清除这类结晶堵塞物。专利cn115820344a公开了一种环保型强酸性化学清洗剂及其应用，该发明利用氨基磺酸与樟脑磺酸复配形成磺酸复合液实现隧道排水管中碳酸镁或碳酸钙结晶物清除，而目前的方法均为直接将酸性材料与其他的添加剂直接混合后，配成液体使用，或者烘干后直接使用，导致活性成分释放速率较快，反应过程不可控，处理的持久性较差，利用率低，无法做到隧道排水系统的持久防结晶。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种浓缩型固体除晶剂及其制备方法和应用，从而解决现有技术中采用化学方法去除隧道排水系统中结晶物时，活性成分释放速率较快，反应过程不可控，处理的持久性较差，利用率低，无法做到隧道排水系统的持久防结晶的技术问题。

2、对隧道碳酸钙结垢堵塞处理效果不佳的技术问题。

3、本发明是通过以下技术方案来实现：

4、一种浓缩型固体除晶剂的制备方法，包括以下步骤：

5、s1：将柠檬酸、草酸、酒石酸以及氨基磺酸混合球磨，得到混合粉料；

6、s2：将所述混合粉料加入乙二醇溶液中，然后加入增溶剂，得到混合酸液；

7、s3：在胶粒的表面交替沉积聚丙烯酰胺胶体层以及所述混合酸液若干次，烘干后，制得所述除晶剂。

8、优选的，所述柠檬酸、草酸、酒石酸以及氨基磺酸的质量比为(4～6):(2～3):(2～3):(1～2)。

9、优选的，球磨后，得到的混合粉料的粒径为5～10μm。

10、优选的，步骤s2中，所述增溶剂为辛醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及tween 80中的至少一种。

11、优选的，所述胶粒的制备过程为：将聚丙烯酰胺和胶粉颗粒混合均匀后，溶于所述混合酸液中，形成混合胶体，将所述混合胶体烘干、粉碎后，制得所述胶粒。

12、优选的，所述胶粒的含水率为15％～25％。

13、优选的，所述混合酸液与聚丙烯酰胺和胶粉颗粒混合粉料的质量比为1000:(8～5)。

14、优选的，在胶粒的表面交替沉积聚丙烯酰胺胶体层以及所述混合酸液若干次，烘干后，制得所述除晶剂，具体为：

15、s31：向旋转的胶粒上喷洒聚丙烯酰胺溶液，喷洒的同时控制体系温度为60～80℃，在胶粒表面形成厚度为1～2mm、含水率为10～15％的聚丙烯酰胺胶体喷层；

16、s32：向旋转的步骤s31的产物上间歇式喷洒所述混合酸液，同时控制体系温度为60～80℃，直至在步骤s31的产物上形成厚度为1～2mm的胶体酸层；

17、s33：重复步骤s31～s32，直至得到直径为10～20mm的胶粒；

18、s34：将所述直径为10～20mm的胶粒在80～100℃下烘干，制得所述除晶剂。

19、一种浓缩型固体除晶剂，通过上述的方法制得。

20、上述的一种浓缩型固体除晶剂在去除隧道碳酸钙结垢中的应用。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

22、本发明公开一种浓缩型固体除晶剂的制备方法，将柠檬酸、草酸、酒石酸以及氨基磺酸混合球磨，得到混合粉料；将所述混合粉料加入乙二醇中，然后加入增溶剂，得到混合酸液；在胶粒的表面交替沉积聚丙烯酰胺胶体层以及所述混合酸液若干次，烘干后，制得所述除晶剂。该方法中混合酸包括柠檬酸、草酸、酒石酸以及氨基磺酸，经过球磨后固定在胶粒的外层，该球磨过程有效使得各酸材料之间发生接枝效应，形成具有无定形态的混合物，球磨后的无定形态混合物具有更大的表面活性和化学反应性，在处理排水系统中的结晶物时展现出良好的协同作用，接枝效应的产生使得这些固体酸之间形成更紧密的结合，增强了它们在水系统中的溶解性，有效提高了其与碳酸钙垢之间的作用力；沉积的聚丙烯酰胺胶体层具有丰富的孔隙结构，有效实现了混合酸的锚定，以实现结晶物质的有效分解；本发明利用乙二醇以及增溶剂有效提高了酸的固定量，确保溶解后酸液的浓度，确保了处理的效果；本发明通过在胶粒的表面交替沉积聚丙烯酰胺胶体层以及所述混合酸液若干次，烘干后，制得所述除晶剂，以聚丙烯酰胺为核心框架，充分吸纳浓缩酸液，利用聚丙烯酰胺溶液形成的胶体喷层不断扩展该框架，最终形成具有高孔隙度、高浓缩酸液的除晶剂。本发明的除晶剂包括胶粒芯层以及依次交替设置在胶粒芯层外部的若干层聚丙烯酰胺胶体层以及若干层混合酸层；该多层结构设计可实现分阶段释放酸液的效果，在处理隧道排水系统内碳酸钙垢时，该除晶剂在地下水流动的作用下逐层剥开，随着除晶剂结构逐层剥开，释放的酸液能够持续发挥作用，这种设计不仅提高了除晶剂的处理效率，还延长了其作用时间，大幅提高了除晶剂的利用率，对反应过程进行有效控制，确保了长效处治效果的实现。

23、进一步的，所述柠檬酸、草酸、酒石酸以及氨基磺酸的质量比为(4～6):(2～3):(2～3):(1～2)，可使得四种固体酸之间形成理想的配比，能够相互弥补不足，发挥协同作用，提高处治效果，确保碳酸钙垢的有效清除。柠檬酸是一种温和的有机酸，能够有效溶解碳酸钙垢及氧化物；草酸是一种强酸性物质，对于致密的碳酸钙垢有较强的溶解能力；酒石酸在处治过程中可作为增效剂，加速碳酸钙垢的溶解速度，使处治过程更加高效；氨基磺酸具有较高的表面活性，能够降低水的表面张力，使酸液更容易渗透到碳酸钙垢的表面细微结构中。

24、进一步的，球磨后，得到的混合粉料的粒径为5～10μm，可使得它们在除晶剂中具有更均匀的分布和更大的比表面积，且更容易溶解于水中，增加与碳酸钙垢的接触面积，提高除晶剂的溶解效率。

25、进一步的，所述胶粒的制备过程为：将聚丙烯酰胺和胶粉颗粒混合均匀后，溶于所述混合酸液中，形成混合胶体，将所述混合胶体烘干后，制得所述胶粒，可使得混合酸液更稳定地嵌入在胶粒中，保持其活性和效果。

26、进一步的，所述胶粒的含水率为15％～25％，可确保胶粒柔软度和可塑性，使得胶粒在使用过程中更易于溶解和释放固体酸成分，提高除晶剂的效率和便利性。

27、进一步的，所述混合酸液与聚丙烯酰胺和胶粉颗粒混合粉料的质量比为1000:(8～5)，可使得固体酸成分与聚丙烯酰胺和胶粉颗粒的充分混合，该比例能够使固体酸成分均匀分布在胶粒中，保证分布的均匀性和稳定性，从而提高除晶剂的效率和除晶能力。

28、进一步的，通过旋转胶粒并喷涂的方式在胶粒上胶体沉积聚丙烯酰胺以及混合酸，该过程可有效提高各层之间的结合力，得到结构稳定的除晶剂。