作者：郑晓蒙
聚天冬氨酸( PASP)是近年来随绿色化学的发展而兴起的可溶性高分子物质。其突出特性是其分子中不含磷，无毒，不破坏环境，被誉为“绿色”产品。他对碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙等都有抑制作用，国内外相关研究表明，聚天冬氨酸的阻垢性能在某些条件下与含磷阻垢剂仍存在一定差距，因此，他在盐分和温度都较高的水处理系统中的应用受到了限制。
为了加快水处理药剂绿色化的进程，对聚天冬氨酸的改性研究相继展开，改性的方式分为物理改性和化学改性，而化学改性又分为共聚改性、开环改性、交联改性，其中以共聚改性的方式最为可行。本课题组以赖氨酸为共聚单体，并与天冬氨酸共聚得到天冬氨酸一赖氨酸共聚物（PAL，简称天冬氨酸共聚物）。为了证明PAL是否适合作阻垢剂，笔者以碳酸钙和硫酸钙为主要垢型，研究了不同条件下PAL的阻垢效果，以评价其阻垢性能。
1实验部分
1.1试剂与仪器
聚天冬氨酸，活性组分为40%，常茂生物化学工程股份有限公司生产；天冬氨酸一赖氨酸共聚物（实验室自制，经IR、1HNMR和13CNMR表征其结构，GPC测定M。为2 789）。
ZKXFB_2显数恒温水浴锅，上海树立仪器仪表有限公司生产；FA2004A电子天平，上海精天电子仪器有限公司生产。
1.2阻垢性能评定方法
1.2.1 对CaCO3的静态阻垢性能的测定
用去离子水分别配制一定Ca2+浓度的水样A和相应浓度的HC03水样B，其中Ca2+和HC03的化学计量数（摩尔比）为1：2。取水样A、B各50 mL，向其中分别加入等量的阻垢剂，然后将其在80qC水浴条件下恒温预热0.5 h；取出后将B倒入A中，在某温度下恒温培养一定时间；取出后冷却至室温，过滤后取25 mL滤液用EDTA法测Ca2+浓度，同时进行空白实验，并计算阻垢率叼。
式中，vo为未加阻垢剂加热水样的滤液消耗EDTA体积；Vt为未加阻垢剂未加热水样的滤液消耗EDTA体积；V为加入阻垢剂加热水样的滤液消耗EDTA体积。
1.2.2对CaSO。的静态阻垢性能的测定
用去离子水分别配制一定Caz+浓度的水样D和相应浓度SO~-水样E，其中Ca2+和SOi-的化学计量数（摩尔比）为1：1。取水样D、E各50 mL，向其中分别加入等量的阻垢剂，然后将其在800C水浴条件下恒温预热0.5 h；取出后将E倒人D中，在某温度下恒温培养一定时间；取出后冷却至室温，过滤后取25 mL滤液用EDTA法测Ca2+浓度。
2结果与讨论
2.1 PAL投加量对阻垢性能的影响
水样A中Ca2+的质量浓度为150 mg/L，水样B中HC03的质量浓度为300 mg/L;水样D中Ca2+的质量浓度为200 mg/L，水样E中SO~ -的质量浓度为200 mg/L，都在80C温度下恒温培养14 h；PAL投加量对CaCO3、CaS04的阻垢影响如图1所示。
由图1可知，相同水质条件下，阻垢率随PAL投加量的增加而上升。当PAL的质量浓度在0—4 mg/L时，阻垢率明显上升，在4 mg/L之后阻垢率趋于平缓。这是因为初始阶段，随着PAL不断地进入溶液，其中的羧基不断与水溶液中的Ca2+、Mg2+等成垢离子发生螯合反应，PAL -Ca或PAL -Mg在水垢生成过程中吸附于水垢结晶表面，一方面使微晶带同种电荷而互相排斥，阻止晶核的形成，降低晶体的增长速率；另一方面使微晶不能形成正常的水垢体而发生畸变，从而阻止了水垢的生成，使得阻垢率不断上升。当PAL与水溶液中的成垢离子发生的鳌合反应趋于平衡，阻垢率的变化不明显，继续增大阻垢剂的投加量意义不大。因此，PAL阻垢剂的投加量为4 mg/L时，对CaCO3、CaSO4的阻垢效果最好。
2.2恒温温度对阻垢性能的影响
水样A中Ca2+的质量浓度为150 mg/L，水样B中HC03的质量浓度为300 mg/L;水样D中Ca2+的质量浓度为200 mg/L，水样E中SOi-的质量浓度为200 mg/L，PAL投加量都为4 mg/L，都恒温培养14 h；恒温温度对CaCO3、CaSO。的阻垢影响如图2所示。
由图2可知，在相同的恒温时间和阻垢剂的条件下，PAL阻垢率随着温度的增加逐渐下降。原因是一方面随着温度升高，CaCO3、CaSO4的晶核对高分子阻垢剂的吸附能力下降，解吸过程增强，晶体聚集形成较大颗粒，并且CaCO3、CaSO4具有反常溶解度，当温度过高时，溶解度急剧减小，水溶液中的CaC03垢、CaSO4垢急剧增加，阻垢性能变差；另一方面是配合物的配位常数随温度升高而减小，导致一部分配合物分解，产生游离的Ca2+，促进垢的形成，阻垢性能也变差。由此可知，在温度为80qC时，阻垢效果仍然保持的很好，可达到70%左右，所以，PAL可作为高温水质条件下的阻垢剂。
2.3成垢离子浓度积对阻垢性能的影响
PAL投加量为4 mg/L，将CaC03水样放于培养箱中；PAL投加量为4 mg/L，将CaSO4水样放于培养箱中，都在80CC温度下恒温培养14 h；成垢离子i浓度积（
）对CaCO，、CaSO。的阻垢影响如图3所示。
由图3可知，随着成垢离子浓度积的增加，PAL阻垢率逐渐下降。这是由于随着成垢离子不断增加，其浓度积不断增大，PAL能不断与其发生螯合反应，但当成垢离子的浓度积太大时，CaC03、CaS04的相对过饱和度变大，结垢趋势增强，晶体逐渐聚集，形成了大量的CaCO3垢、CaS04垢，PAL的阻垢作用受到限制，阻垢效率逐渐下降。综合以上分析，当浓度积为0. 045（Ca2+浓度为0. 15 mol/L，HC03浓度为0. 30 mol/L）时，对CaC03仍然保持很好的阻垢效果，达到65%左右；当浓度积为0.040( Ca2+浓度为0. 20 mol/L，S02'浓度为0. 20 mol/L)时，对CaSO。仍然保持很好的阻垢效果，达到70%左右，所以，PAL可用作较高盐分的水质条件下的阻垢剂。
2.4恒温时间对阻垢性能的影响
水样A中Ca2+的质量浓度为150 mg/L，水样B中HC03的质量浓度为300 mg/L;水样D中Ca2+的质量浓度为200 mg/L，水样E中SOi-的质量浓度为200 mg/L，PAL投加量都为4 mg/L，都在800C温度下恒温培养；恒温时间对CaCO，、CaS04的阻垢影响如图4所示。
由图4可知，随着恒温时间的逐渐延长，PAL的阻垢效率逐渐下降。这是因为阻垢剂被吸附在晶体的活性表面上，从而阻止或延缓了晶体的生长，产生了一个较长时间的诱导期，因此，在恒温时间为14 h以前阻垢效率都很高；但诱导期过后，溶液中的CaC03、CaSO3晶体开始快速生长，溶液中垢增加，阻垢效率下降。因此，在恒温时间达到14 h左右时，阻垢效果仍然很好，可达到70 010左右，所以，PAL适用于水力停留时间较长的循环冷却水系统。
3结论
(1)在温度为80CC，成垢离子浓度积为0.045(0. 15 mol/L Ca2+、0. 30 mol/L HC03)，恒温时间为14 h的条件下，当PAL投加量为4 mg/L时对碳酸钙阻垢效果最佳，阻垢率可达到80%左右。
(2)在温度为80℃，成垢离子浓度积为0.040（0.20 mol/L Ca2+0.20 mol/L SO~-），恒温时间为14 h的条件下，当PAL投加量为4 mg/L时对硫酸钙的阻垢效果最佳，阻垢率能达到70%左右。
(3)在成垢离子浓度积、恒温温度、恒温时间的影响下，PAL仍然保持很好的阻垢效果，说明PAL可适用于盐分较高、温度较高和水力停留时间较长的循环冷却水系统中。
4摘要：
天冬氨酸一赖氨酸共聚物( PAL)是聚天冬氨酸的改性新产品，为将其用作阻垢剂，考察了不同条件下PAL对碳酸钙、硫酸钙阻垢性能的影响。结果表明，在温度为80℃，成垢离子浓度积(K。p／c。C03)为0.045(0.15 mol/L Ca2+、0. 30 mol/l,HC03)，恒温时间为14 h，PAL投加量为4 mg/L的条件下，PAL对碳酸钙的阻垢率可达70%左右；在温度为80qC，成垢离子浓度积(K。p／c。S04)为o．04（o．20 mol/L Ca2+、o．20 mol/L SO~ -），恒温时间为14 h，PAL投加量为4 mg/L的条件下，对硫酸钙的阻垢率达到80%左右。表明改性新产品PAL可作为一种新型阻垢剂。
