關(guān)俊霞， 柳鑫華， 舒適立， 張 青， 王 磊， 李繁麟， 付占達(dá)， 鄧 杰

(唐山師范學(xué)院化學(xué)系， 河北 唐山 063000)

0 前 言

眾所周知，鈣離子和酸性離子廣泛存在于工業(yè)水中，其中鈣離子容易與其他陰離子形成水垢；常見的容易形成水垢的物質(zhì)還包括鋇的硫酸鹽、硅酸鹽和磷酸鹽[1]。 有數(shù)據(jù)表明碳酸鈣垢的厚度與工業(yè)設(shè)備能耗成正比，污垢可導(dǎo)致冷卻水管的橫截面積變小，從而降低輸水能力和冷卻效率；水垢還會(huì)引起濃差電池腐蝕和局部溫差腐蝕[2，3]。 加入阻垢劑是解決結(jié)垢問題的常見方法。 阻垢劑的探索，經(jīng)歷了從無機(jī)鹽類到有機(jī)物類，從天然緩蝕劑到復(fù)合型緩蝕劑，物質(zhì)結(jié)構(gòu)由單一到復(fù)雜的過程[4，5]。 傳統(tǒng)的聚磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽等阻垢劑磷含量較高，長時(shí)間使用會(huì)造成水體的富營養(yǎng)化，嚴(yán)重污染環(huán)境，不符合綠色環(huán)保要求。 后來，無磷聚羧酸類阻垢劑(如聚丙烯酸及丙烯酸共聚物) 的出現(xiàn)成為水處理技術(shù)的一個(gè)重大突破，但該類阻垢劑屬低毒類物質(zhì)，不能生物降解，在水環(huán)境中長期富集，其對環(huán)境的破壞力也是不容忽視的。 用既能生物降解又擁有良好阻垢性能的新型阻垢劑取代聚羧酸類阻垢劑成為該領(lǐng)域研究的主要目標(biāo)，聚天冬氨酸和聚環(huán)氧琥珀酸類阻垢劑的出現(xiàn)填補(bǔ)了這項(xiàng)空白[6-10]，它們阻垢性能良好，不含磷，可生物降解，符合水處理劑綠色化的發(fā)展方向。

Chen 等[11]對改性聚天冬氨酸的合成及阻垢性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)制備的聚天冬氨酸共聚物使用量為6 mg/L 時(shí)對碳酸鈣的阻垢率為95.6%，其使用量為10 mg/L 時(shí)對硫酸鈣的阻垢率達(dá)到100%。 Fu 等[12]研制了改性聚天冬氨酸聚合物，并對其阻垢性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其對硫酸鈣和碳酸鈣的阻垢率分別達(dá)到94.6%和77.4%。 劉潘勤等[13]將苯甲酰乙酸乙酯(EBA)作為改良劑，對聚天冬氨酸(PASP)進(jìn)行功能修飾，合成一種新的綠色阻垢劑EBA-PASP，并探究了其阻垢性能，結(jié)果表明，EBA-PASP 對碳酸鈣的阻垢率可達(dá)100%。 柳鑫華等[14]制備了L-賴氨酸改性聚天冬氨酸聚合物，發(fā)現(xiàn)其對碳酸鈣和硫酸鈣的阻垢率分別可達(dá)到98.7%和100%。 柳鑫華等[15]還合成了聚天冬氨酸衍生物阻垢劑并對其阻垢性能進(jìn)行了研究。 當(dāng)合成的PASP 共聚物的質(zhì)量濃度為10 mg/L 時(shí)，產(chǎn)品對碳酸鈣的阻垢率達(dá)到90%以上。 另外，Gao 等[16]和Chen等[17]也對氨基酸改性的聚天冬氨酸共聚物的緩蝕或阻垢性能進(jìn)行了研究。 聚天冬氨酸是當(dāng)代綠色阻垢劑研究的熱點(diǎn)，為進(jìn)一步拓展其使用范圍，增強(qiáng)其阻垢性能，對線性結(jié)構(gòu)的聚天冬氨酸進(jìn)行接枝改性的研究有待深入、出新。

本工作利用蛋氨酸與聚琥珀酰亞胺(PSI)進(jìn)行反應(yīng)，得到對碳酸鈣和硫酸鈣阻垢性能俱佳的接枝共聚物(MPASP)。 本工作首先對合成MPASP 的條件進(jìn)行了詳盡的探討；其次用紅外光譜(FTIR)、核磁氫譜(1HNMR)和熱重分析(TGA)對MPASP 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證；最后，將MPASP 與PASP 對碳酸鈣和硫酸鈣的阻垢性能進(jìn)行了對比。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及主要設(shè)備

聚琥珀酰亞胺(PSI)、蛋氨酸(Met)； SIGMA300 場發(fā)射電鏡；VERTEX7O 傅里葉紅外光譜儀；PulsarTM 核磁共振波譜儀；TGA-4000 熱重分析儀。

1.2 PASP 與MPASP 的制備

參考文獻(xiàn)[17]制備PASP。 MPASP 的制備過程如下:準(zhǔn)確稱取一定量的聚琥珀酰亞胺(PSI)和蛋氨酸(Met)加入三口燒瓶中，加少量的去離子水溶解，將三口燒瓶置于二甲基硅油油浴鍋中，在一定溫度下，向三口燒瓶中緩慢加入氫氧化鈉溶液以控制反應(yīng)的pH 值，磁力攪拌，反應(yīng)一定時(shí)間，得到淺紅棕色溶液。 MPASP的精制過程如下:反應(yīng)結(jié)束后，用鹽酸溶液中和淺紅棕色溶液，調(diào)節(jié)pH 值為7，加入無水乙醇，待有黏稠的淺黃色沉淀物析出，過濾，再用無水乙醇洗滌數(shù)次，得黏稠棕黃色膏狀物，于40 ℃的干燥箱中烘干即得聚天冬氨酸的接枝共聚物(MPASP)。 其反應(yīng)過程如圖1所示。

圖1 MPASP 的合成Fig. 1 Synthesis of MPASP

1.3 PASP，MPASP 的FTIR， 1HNMR 譜和熱重分析表征

采用VERTEX7O 紅外光譜儀，分別稱取一定量PASP 和MPASP，以1 ∶100 質(zhì)量比與KBr 混合，在研缽中研磨后進(jìn)行紅外光譜掃描， 測量范圍為0～4 500 cm-1。

用D2O 水作溶劑，采用PulsarTM 核磁共振波譜儀測定PASP 和MPASP 的1HNMR 譜。

為了進(jìn)一步證明新制備的MPASP 的穩(wěn)定性，用TGA-4000 熱重分析儀在N2的氣氛下考察MPASP 的熱穩(wěn) 定 性， 溫 度 范 圍 為30 ～ 800 ℃， 升 溫 速 度 為20 ℃/min。 PASP 的熱穩(wěn)定性能可參考文獻(xiàn)[17]，在此不再贅述。

1.4 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 16632-2008、GB/T 22626-2008 的方法，在靜態(tài)條件下，評價(jià)PASP 和MPASP 對碳酸鈣和硫酸鈣沉積物的阻垢性能。 靜態(tài)阻垢方法是在50 ℃溫度條件下，反應(yīng)時(shí)間為6 h，測定合成的阻垢劑對CaCO3和CaSO4的阻垢性能。

測定阻CaCO3溶液體系中Ca2+和HCO3-濃度分別為400 mg/L 和800 mg/L；

測定阻CaSO4溶液體系中Ca2+和SO42-濃度分別為4 800 mg/L 和5 100 mg/L。

1.5 鈣垢的掃描電鏡(SEM)分析

通過對加和未加MPASP 阻垢劑所生成的鈣垢進(jìn)行場掃描電鏡分析，觀察垢樣晶體的形貌差異，探究MPASP 的阻垢機(jī)理。

1.6 CaCO3 的FTIR 分析

碳酸鈣的紅外光譜分析方法與1.3 節(jié)中PASP 和MPASP 的紅外光譜分析方法相同。 由于硫酸鈣的晶型帶結(jié)晶水，不穩(wěn)定，因此不對硫酸鈣進(jìn)行紅外光譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 單體質(zhì)量配比對阻碳酸鈣垢性能的影響

表1 為在反應(yīng)時(shí)間為2 h，反應(yīng)溫度為70 ℃，pH ＝10 的條件下，不同的反應(yīng)物質(zhì)量比時(shí)，加入不同濃度的MPASP 對CaCO3的阻垢效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 從表1 可以看出，在其他條件相同的情況下，同一配比合成的MPASP 對CaCO3的阻垢率隨MPASP 的投加量的增大而增大；而在投加劑量相同的情況下，隨著反應(yīng)物單體質(zhì)量比的增大，合成的MPASP 對CaCO3的阻垢率先增大后減小，當(dāng)m(PSI)∶m(Met)＝1.00 ∶0.10 時(shí)，對CaCO3的阻垢率最大。 這是因?yàn)镸et 的添加量少時(shí)，參加反應(yīng)的Met 少，生成的MPASP 較少；隨著Met 添加量增多，參與反應(yīng)的Met 增多；但當(dāng)生成物MPASP 的分子量增加到一定大時(shí)，阻垢效率最佳，當(dāng)?shù)鞍彼崤cPSI 繼續(xù)反應(yīng)，分子量繼續(xù)增大，使得阻垢效率不升反降。

表1 不同反應(yīng)配比、不同濃度MPASP 對CaCO3阻垢率的影響Table 1 Effects of different reaction ratios and different concentrations of MPASP on CaCO3 scale inhibition efficiency

2.2 反應(yīng)溫度對阻碳酸鈣垢性能的影響

表2 為在反應(yīng)時(shí)間為2 h，m(PSI)∶m(Met)＝1.00 ∶0.10，pH＝10 的條件下，改變反應(yīng)溫度，加入不同濃度改性產(chǎn)物MPASP 的情況下對CaCO3阻垢效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從表2 可以看出，在其他條件相同的前提下，同一溫度合成的MPASP 對CaCO3的阻垢率隨MPASP 濃度的增大而增大；而在濃度相同時(shí)，MPASP 對CaCO3的阻垢作用隨溫度的增大先增大后減小，且當(dāng)反應(yīng)溫度為70 ℃時(shí)，對CaCO3的阻垢效果最佳， 阻垢率高達(dá)94.40%。這是因?yàn)榈蜏貢r(shí)，反應(yīng)物的活性低，原料不能進(jìn)行充分反應(yīng)，但在逐漸升溫的過程中，反應(yīng)物的活性逐漸提高，產(chǎn)物接枝率逐漸增大，產(chǎn)物分子中含有的酰胺基、羧基等基團(tuán)增多。 如果持續(xù)升高溫度，則有可能發(fā)生鏈斷裂，導(dǎo)致MPASP 接枝率降低。 因此，MPASP 阻垢性能最好的反應(yīng)溫度為70 ℃。

表2 不同反應(yīng)溫度、不同濃度MPASP對CaCO3的阻垢率的影響Table 2 Effects of different reaction temperatures and different concentrations of MPASP on the scale inhibition efficiency of CaCO3

2.3 反應(yīng)時(shí)間對阻碳酸鈣垢性能的影響

表3 為反應(yīng)溫度70 ℃，m(PSI)∶m(Met)＝1.00 ∶0.10，pH＝10 時(shí)，不同的反應(yīng)時(shí)間、不同濃度的MPASP 對CaCO3的阻垢效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 從表3 中可以看出，在其他條件相同的前提下，同一反應(yīng)時(shí)間合成的MPASP對CaCO3的阻垢率隨MPASP 的投加量的增大而增大；而在其投加量相同時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，合成的MPASP 對CaCO3的阻垢率增大。 出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是，反應(yīng)時(shí)間較短會(huì)使反應(yīng)進(jìn)行得不完全，得到的反應(yīng)產(chǎn)物MPASP 較少，生成的MPASP 阻垢效果較差。 超過2 h，MPASP 的阻垢效果的變化趨于平穩(wěn)，接枝反應(yīng)趨于完全。 由此可知，2 h 為最佳反應(yīng)時(shí)間。

表3 不同反應(yīng)時(shí)間、不同濃度MPASP 對CaCO3的阻垢率的影響Table 3 Effects of different reaction times and different concentrations of MPASP on the scale inhibition efficiency of CaCO3

2.4 反應(yīng)pH 值對阻碳酸鈣垢性能的影響

表4 為反應(yīng)溫度為70 ℃，m(PSI)∶m(Met)＝1.00 ∶0.10，反應(yīng)時(shí)間2 h 條件下，不同pH 值、加入不同濃度的MPASP 對CaCO3的阻垢效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 從表4 中可以看出，在其他條件相同時(shí)，相同pH 值下合成的MPASP 對CaCO3的阻垢率隨MPASP 投加量的增多而增大；而其投加量相同時(shí)，隨反應(yīng)pH 值的增大，MPASP對CaCO3的阻垢效率先增大后減小，當(dāng)反應(yīng)溶液pH 值為10 時(shí)，產(chǎn)物對CaCO3的阻垢效果最好。 阻垢率最大，為94.40%。 這可能是因?yàn)榉磻?yīng)在pH＝10 時(shí)，適宜的堿性條件使MPASP 產(chǎn)物的接枝率最高，產(chǎn)物分子中含有的酰胺基、羧基等基團(tuán)增多。 但當(dāng)pH 值大于10 后，隨著堿性進(jìn)一步增大，其生成改性產(chǎn)物的反應(yīng)很難進(jìn)行，因而對CaCO3的阻垢作用減弱，但減弱得較為緩慢。由此可知，當(dāng)pH 值為10 時(shí)，接枝產(chǎn)物MPASP 對CaCO3的阻垢作用最好。

表4 不同反應(yīng)pH 值、不同濃度MPASP 對CaCO3的阻垢率的影響Table 4 Effects of different reaction pH value and different concentrations of MPASP on the scale inhibition efficiency of CaCO3

2.5 MPASP 的結(jié)構(gòu)表征

2.5.1 MPASP 與PASP 的紅外光譜

圖2 為PASP 和MPASP 的紅外光譜。 根據(jù)PASP的FTIR 譜可以看出，在3 377 cm-1/3 143 cm-1處為-CONH-中N-H 的伸縮振動(dòng)、1 601 cm-1/1 587 cm-1處為-COOH 和-CONH-中的-C ＝O 的伸縮振動(dòng)、1 402 cm-1處為-CONH-中C-N 的伸縮振動(dòng)，這表明PASP 的合成是成功的[18]。 從MPASP 的FTIR 譜可知，MPASP 也存在上述3 種峰，峰值分別為3 437 cm-1/3 203 cm-1、1 629 cm-1/1 598 cm-1、1 411 cm-1。PASP 中酰胺基中3 種鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰值要比MPASP 中的3 種鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰值弱，MPASP 中3 種鍵的吸收峰與PASP 相比發(fā)生位移。 另外，由于指紋區(qū)峰值較多，MPASP 的FTIR 譜中1 309～1 057 cm-1的吸收峰與PASP 譜線中1 314～1 046 cm-1的吸收峰相似，但是有明顯的變化，這可能是由于MPASP 中蛋氨酸中的C-S 鍵發(fā)生了伸縮振動(dòng)，說明Met 和PSI 發(fā)生反應(yīng)，生成了接枝共聚物MPASP。

圖2 PASP 和MPASP 的紅外光譜Fig. 2 Infrared spectra of PASP and MPASP

2.5.2 MPASP 與PASP 的核磁氫譜

圖3 為MPASP 和PASP 的核磁氫譜，由圖3a 可知，在2.73 ppm 和4.50 ppm 處出現(xiàn)的信號峰屬于PASP 主鏈上-CH2-和-NH-的特征峰[18]。 由圖3b 可知，在3.62 ppm 和1.26 ppm 處出現(xiàn)的信號峰分別屬于MPASP 側(cè)鏈上氨基酸中-CH-和-CH3的峰，并且信號加強(qiáng)，在2.88 ppm 處出現(xiàn)的峰為MPASP 側(cè)鏈上氨基酸的-COOH 的峰，2.20 ppm 處為蛋氨酸中-S-CH3的峰。由圖3 分析可知，Met 成功改性了PASP。

圖3 PASP 和MPASP 的核磁氫譜Fig. 3 1HNMR of PASP and MPASP

2.5.3 MPASP 的熱重分析

圖4 為MPASP 在30～800 ℃范圍內(nèi)的熱重分析。由圖4 可知，32～287 ℃可能為MPASP 中存在的水分或濕分的揮發(fā)過程，并且在此溫度范圍內(nèi)失重相對緩慢，當(dāng)溫度為287 ℃時(shí)失重率約為21%；當(dāng)溫度繼續(xù)升高，失重開始加速，在290～398 ℃溫度范圍內(nèi)，失重速度最快，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，MPASP 可能在此溫度范圍內(nèi)發(fā)生分解；此后，失重再次變得緩慢，相對于開始失重的速度更為緩慢。 由熱重分析結(jié)果可知，MPASP 的分解溫度比較高，這表明其耐高溫，熱穩(wěn)定性良好，是可以在高溫環(huán)境下使用的阻垢劑，進(jìn)一步證明本工作合成的MPASP 具有很寬溫度范圍的適應(yīng)性。

圖4 MPASP 的熱重分析Fig. 4 Thermogravimetric analysis of MPASP

2.6 MPASP 與PASP 對CaCO3和CaSO4的阻垢性能

圖5、圖6 分別為加入不同濃度的PASP 與MPASP對CaCO3和CaSO4阻垢效果的對比圖。 結(jié)果表明，PASP 和MPASP 對CaCO3和CaSO4的阻垢效率隨濃度的增大而增大，但超過一定濃度后，再繼續(xù)增大濃度，PASP 與MPASP 對CaCO3和CaSO4的阻垢效率的增大減慢，最終趨于平緩；但是可以清晰地看出MPASP 對CaCO3和CaSO4的阻垢效率相比PASP 有相當(dāng)大的提高； PSAP 添加濃度達(dá)到8 mg/L 時(shí)，對CaCO3和CaSO4阻垢率僅達(dá)到72.22%、79.38%，而MPASP 添加濃度達(dá)到8 mg/L 時(shí)對CaCO3和CaSO4阻垢率高達(dá)94.40%、95.49%。 這可能是因?yàn)?MPASP 的結(jié)構(gòu)中增加了-CONH-、-NH2和更多的-COOH 等極性基團(tuán)，這些帶負(fù)電荷的基團(tuán)和鈣離子在靜電力的作用下，阻礙了鈣垢的結(jié)晶和生長，增強(qiáng)了對鈣垢晶體的螯合、晶格畸變以及分散作用[19]。

圖5 MPASP 和PASP 的濃度對CaCO3阻垢率的影響Fig. 5 Effects of concentrations of MPASP and PASP on the scale inhibition efficiency of CaCO3

圖6 MPASP 和PASP 的濃度對CaSO4阻垢率的影響Fig. 6 Effects of concentrations of MPASP and PASP on the scale inhibition efficiency of CaSO4

2.7 對CaCO3和CaSO4垢樣的SEM 分析

CaCO3與CaSO4垢樣晶體的形態(tài)如圖7 所示。 圖7a 為未加阻垢劑的水樣中CaCO3結(jié)垢晶體SEM 形貌，呈現(xiàn)出規(guī)則的立方體形狀，結(jié)構(gòu)緊密，邊緣邊角清晰，晶體表面細(xì)膩光滑，顆粒大小均勻[20，21]；圖7b 顯示了含8 mg/L MPASP 的水樣中CaCO3垢晶體的形貌，呈現(xiàn)為細(xì)小的顆粒狀，且結(jié)構(gòu)松散，沒有了在空白水樣中清晰可見的邊緣邊界和光滑表面，容易在循環(huán)水處理系統(tǒng)中被水沖走，減少結(jié)垢在設(shè)備表面的堆積[22]。 圖7c為未加入阻垢劑的水樣中CaSO4結(jié)晶形貌，可見其形狀大多為細(xì)長棍狀晶型，且表面細(xì)膩光滑，邊角清晰，結(jié)合緊湊[23]。 圖7d 為含8 mg/L MPASP 的水樣中的CaSO4晶體形貌，可見晶體的形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密，部分呈蜂窩狀，晶體的整體形狀變短。 這表明阻垢劑MPASP 的加入對CaSO4結(jié)晶形態(tài)有很大的影響。 在CaCO3和CaSO4晶體形成過程中，由于每種類型的晶面都有各自的表面晶格結(jié)構(gòu)，所以，2 種鈣垢外形存在明顯差異；阻垢劑分子吸附在晶體外表面，分散在各個(gè)吸附點(diǎn)上，致使晶體生長減慢，生長過程中晶體形態(tài)會(huì)發(fā)生變化；隨著晶體生長，一個(gè)甚至多個(gè)晶面呈現(xiàn)或消失，晶體形狀發(fā)生變化，即嚴(yán)格按照晶格排序的生長方式被破壞，晶體扭曲，晶體內(nèi)應(yīng)力增加；晶體應(yīng)力增加使其容易破碎，這可能阻止了微晶堆積，進(jìn)而阻止了外形規(guī)則的堅(jiān)硬鈣垢的形成[24]。

2.8 對CaCO3垢樣的紅外光譜分析

圖8 為是碳酸鈣(水樣含8 mg/L PASP、水樣含8 mg/L MPASP 及空白溶液)的FTIR 譜。

圖8 碳酸鈣紅外光譜Fig. 8 Infrared spectra of calcium carbonate

碳酸鈣晶體最穩(wěn)定的晶型是方解石，最不穩(wěn)定的晶型是球霰石，文石穩(wěn)定性介于二者之間。 碳酸鈣垢從溶液中析出首先形成了穩(wěn)定的方解石晶型，加入阻垢劑讓不穩(wěn)定的球霰石晶型增多。 在鈣離子和碳酸根離子的結(jié)構(gòu)組成中，球霰石的碳酸根離子基團(tuán)平面平行于C 軸，而方解石垂直于C 軸，所以球霰石比方解石松散，也是在自然環(huán)境中穩(wěn)定性差的球霰石容易轉(zhuǎn)化為方解石及文石的依據(jù)[25]。 而加入阻垢劑后方解石會(huì)向球霰石轉(zhuǎn)化。 在紅外光譜分析的500～4 000 cm-1波段(圖8)中，在711 cm-1附近為方解石的特征吸收峰，是由于CO32-的面內(nèi)彎曲引起的，在745 cm-1附近為球霰石的吸收峰，是由于CO32-的面外彎曲引起的。 圖8中空白溶液碳酸鈣紅外譜，在711 cm-1應(yīng)為方解石。圖8 中加入了阻垢劑PASP 的鈣垢譜，在711 cm-1仍然存在部分方解石吸收峰；而加入了MPASP 的碳酸鈣垢樣的紅外光譜，明顯只有球霰石吸收峰，驗(yàn)證了加入MPASP 的體系中方解石轉(zhuǎn)變成球霰石。

2.9 阻垢機(jī)理分析

圖9 為阻垢機(jī)理過程示意。 圖9a 表示碳酸鈣、硫酸鈣水中Ca2+與CO32-、SO42-的結(jié)晶過程；圖9b、9c 表示MPASP 對碳酸鈣、硫酸鈣可能存在的2 種抑制途徑，圖9b 中抑制碳酸鈣、硫酸鈣鈣垢的機(jī)理是MPASP分子鏈中羧基、酰氨基等基團(tuán)與Ca2+配合生成配合物，從而抑制晶核生成，起到阻垢作用，使金屬表面只有少量結(jié)垢出現(xiàn)。 圖9c 中抑制碳酸鈣、硫酸鈣鈣垢的機(jī)理是MPASP 分子鏈中羧基與CaCO3、CaSO4晶核配合生成配合物，從而抑制晶體生長，從而起到阻垢作用，金屬表面同樣也只有少量的鈣垢出現(xiàn)。 由此可見，MPASP 對碳酸鈣、硫酸鈣的抑制機(jī)理主要是利用羧基官能團(tuán)抑制晶核形成和晶體生長來達(dá)到阻垢目的。 因?yàn)镸PASP 分子中有多個(gè)羧基官能團(tuán)和較長的碳鏈，使得碳鏈亦能抑制晶核生成和晶體生長，因此，MPASP 對碳酸鈣具有較好的抑制性能。

圖9 阻垢機(jī)理過程Fig. 9 Scale inhibition mechanism process

3 結(jié) 論

(1)以Met、PSI 為原料制備了一種新型環(huán)保型的改性聚天冬氨酸衍生物MPASP。 用紅外光譜和核磁氫譜對MPASP 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，熱重分析證明其具有良好的熱穩(wěn)定性。

(2) MPASP 的最佳合成條件為單體質(zhì)量比m(PSI)∶m(Met)＝1.00 ∶0.10，反應(yīng)時(shí)間2 h，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)的pH 值為10，在該條件下制備的MPASP 對垢樣的阻垢率最高。 當(dāng)MPASP 加入量為8 mg/L 時(shí)，對CaCO3垢的阻垢率能達(dá)到94.40%，對CaSO4垢的阻垢率達(dá)到了95.49%。 MPASP 對CaCO3和CaSO4的阻垢能力與PASP 相比均有很大的提高。

(3)用掃描電鏡和紅外光譜分析了有無MPASP 條件下垢樣的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。 空白垢樣的結(jié)晶為立方體，形態(tài)規(guī)整，結(jié)構(gòu)緊密，表面光滑；添加MPASP 后垢樣結(jié)晶發(fā)生嚴(yán)重畸變，形狀細(xì)小不規(guī)則，結(jié)構(gòu)松散無定型。添加MPASP 后，CaCO3和CaSO4垢結(jié)晶形態(tài)發(fā)生明顯變化，阻礙了二者成長為結(jié)構(gòu)致密的鈣垢的過程。 因此，MPASP 具有很好的阻垢性能。