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添加防垢剂是降低油气田管道系统或者工业冷却水循环管道系统结垢的主要方式之一,也是最为经济的措施。研究人员开发了很多种针对管道成垢离子结合的防垢剂,比如聚磺酸类防垢剂、聚羧酸类防垢剂、天然聚合物防垢剂或者改性天然高分子防垢剂等,但是它们都存在一些缺陷,不能有效解决垢体沉积的问题。所以急需研制一种高效、环保的防垢剂去解决油气田管道系统的结垢问题。根据防垢原理,本研究选择马来酸酐(MA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG-1000)三种功能单体合成聚合物MAA-1000。通过单因素实验优选了最佳的合成条件:引发剂加量为3.5%,单体摩尔配比为n(MA):n(AMPS):n(APEG)=2:1:0.002,反应时间为6h,反应温度为85℃,单体总质量浓度为20%,反应后溶液pH值调节为pH=7。最优条件合成得到聚合物粗样品,使用乙醇进行提纯,再用去离子水溶解沉淀物,如此重复三次,得到防垢剂样品,烘干为淡黄色固体,粉碎待用。利用傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振氢谱进行分子结构表征,结果显示合成样品与目标产物结构一致。利用凝胶色谱测量聚合物的分子量,测定结果显示该聚合物为低分子量聚合物,Mw=3145,Mn=9243,符合分子量设计要求。另外,使用不同醚链长度的烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG-700、APEG-2400)合成聚合物防垢剂MAA、MAA-700、MAA-2400。通过静态实验评价防垢剂MAA、MAA-700、MAA-1000、MAA-2400在不同加量下、不同钙离子浓度溶液和不同时间点的防垢效果。实验结果表明,在不同加量下,防垢剂的防垢效果:在添加量20mg/L～40mg/L时,MAA-1000>MAA-2400>MAA-700>MAA;在添加量为 60mg/L～150mg/L 时,MAA-1000>MAA-700>MAA>MAA-2400;在不同钙离子浓度的溶液中,随着钙离子浓度的增加,MAA、MAA-700、MAA-1000、MAA-2400的防垢效果依次减弱,而在同一钙离子浓度溶液中,防垢效果:MAA-1000>MAA-700>MAA>MAA-2400;在不同时间点测定溶液中钙离子浓度,溶液中添加了 MAA-1000螯合的钙离子浓度最多,防垢效果最好。另外,防垢剂MAA、MAA-700、MAA-1000、MAA-2400随着时间的增加,溶液钙离子浓度保持度最好的是MAA-1000。探讨防垢剂的作用方式和防垢机理,采用扫描电镜(SEM)观察晶体形貌变化和X射线衍射(XRD)表征晶体晶格变化。结果发现防垢剂能够破坏碳酸钙和硫酸钙的生长秩序,阻碍水平方向或者垂直方向的生长速率,从而改变了硫酸钙或者碳酸钙的晶型。紫外-可见吸收光谱(UV-vis)表征探讨防垢剂的作用方式。结果说明防垢剂分子具有较强的螯合能力;Zeta电位和浊度分析表明,醚链具有分散微晶的能力,同时适宜长度的醚链效果会更好。溶液出现浑浊或者沉淀的延迟时间对比显示,添加MAA-1000的延迟效果较好,说明能够有效地抑制碳酸钙在溶液中析出呈沉淀垢样附着于瓶身,片状垢样疏松、易碎、易被水冲洗,同时能够轻易分离。