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本文合成了乌头酸及8-(4-乙烯基苄氧基)-1,3,6-芘三磺酸钠,用FT-IR、1H-NMR对其进行了表征,通过水相自由基聚合制备了乌头酸-丙烯酸共聚物(AcA-AA)、乌头酸-对苯乙烯磺酸钠共聚物(AcA-SSS)和8-(4-乙烯基苄氧基)-1,3,6-芘三磺酸钠(4-VBP)标识的乌头酸-丙烯酸共聚物(F401),考察了聚合条件、投加浓度对F401阻CaCO3性能的影响,并将F401和马来酸酐-丙烯酸接枝烯丙氧基聚乙氧基磺酸钠共聚物(SMA)、马来酸酐-烯丙氧基聚乙氧基羧酸钠(CMA)分别复配,测试其阻CaCO3、阻Ca3(PO4)2性能,用扫描电子显微镜观察CaCO3垢样的晶体形貌,并用荧光光谱仪测试4-VBP和F401在水中的荧光光谱。得到以下研究结果:
由不同摩尔比的AcA/AA共聚制得的AcA-AA的CaCO3阻垢率均大于AcA和SSS在最佳摩尔比下制得的AcA-SSS的CaCO3阻垢率。
F401的最佳制备条件为反应温度为90℃,m(AcA):mm(AA)9:1,过硫酸铵质量为反应底物质量的9%,反应时间为2小时,4-VBP的质量为反应底物质量的0.25%,F401的CaCO3阻垢率为83.79%。
F401的CaCO3阻垢率随着投加浓度的增加而升高,投加浓度高于8mg·L-1时,其CaCO3阻垢率超过市售马丙共聚物阻垢剂(MA-AA)的CaCO3阻垢率,投加浓度为20mg·L-1时达到最大值87.8%,阻垢效果良好。
当F401投加浓度为8mg·L-1、SMA投加浓度为7mg·L-1时,F401与SMA复配药剂的CaCO3阻垢率为61.5%, Ca3(PO4)2阻垢率为82.5%,大于各组分单独使用时F401的CaCO3阻垢率55.2%和SMA的Ca3(PO4)2阻垢率61.1%。
F401、AcA-AA主要通过畸化增溶、分散成垢粒子的方式达到阻CaCO3垢效果。F401中的4-VBP荧光基团由于空间位阻效应不易被卷入结垢晶体中,CaCO3垢样中没有孔洞:AcA-AA上存在-CH2-COOH,容易卷入结垢晶体中,CaCO3垢产生显著的畸化,形成孔洞;MA-AA的-COOH没有AcA-AA的-COOH多,且-COOH没有-CH2-COOH长,CaCO3垢的畸化程度低于AcA-AA。它们的畸化能力大小排序为AcA-AA>F401>MA-AA。
4-VBP与AcA、AA共聚,其发色基团的共轭平面结构没有发生变化,荧光性能未受影响,F401在水中激发波长和发射波长和单体4-VBP一样,分别为403nm和431nm。F401的相对荧光强度与投加浓度呈良好的线性关系,线性相关系数为0.99938,可以进行荧光标识水处理剂的在线监测,浓度检测下限为0.68mg·L-1。