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水是人类赖以生存和发展的重要自然资源。近年来,随着人口数量的增加,工业的迅猛发展和日趋严重的环境污染,水资源危机日益加剧。为了保证化工设备的高效运转,循环冷却水系统常常用于工业生产。然而,冷却水的连续循环和蒸发将不可避免地导致管道内表面形成水垢,这将降低循环冷却水的冷却效率和给工业生产带来不利影响。为了减少无机钙垢,添加阻垢剂仍是目前最流行和最可靠的方法。随着国家环保力度的不断加大,可以预期,开发新型无磷多功能的水处理剂成为热门的研究课题。依据自由基聚合原理,本论文以衣康酸（IA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、聚乙二醇单烯丙基醚（APEG）和单宁酸（TA）为原料,成功制备三种新型水处理剂IA-AMPS、IA-AMPS-APEG和IA-AMPS-TA。通过傅立叶红外光谱（FTIR）、凝胶渗透色谱（GPC）和热重分析（TGA）表征共聚物的化学结构,分子量和热稳定性能。利用静态阻垢的方法考察合成工艺和水质条件对共聚物阻垢性能的影响。借助扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）研究水垢沉积物的微观形貌和晶体结构。本论文系统地研究合成工艺对共聚物的阻垢性能和分散性能的影响,以获得优化的合成条件。正交实验表明,IA-AMPS共聚物在以下合成条件中具有最佳的分散性能(51.10mg·g-1):IA和AMPS的摩尔比为1:2,引发剂用量为单体总质量的7%,过硫酸铵与亚硫酸氢钠的配比为4:1,反应温度为95°C和反应时间为5h。静态阻垢实验证明,当反应时间为4h,反应温度为80°C,n（IA）:n（AMPS）:n（APEG）=1:2:0.33,引发剂用量为单体总质量的4%时,IA-AMPS-APEG拥有最大的阻垢效率。IA-AMPS-APEG共聚物对Ca CO3和Ca SO4水垢的最大阻垢效率分别为94.35%(24 mg·L-1)和85.69%(22mg·L-1)。当反应时间为3.5h,反应温度为75°C,单宁酸的添加量为4g,引发剂用量为单体总质量的5%时,共聚物IA-AMPS-TA分别具有最佳的阻垢性能。随着测试温度的升高、模拟冷却水碱性的加强和CO32-/HCO3-浓度的增大,IA-AMPS-TA的阻垢性能变差。TGA分析表明,IA-AMPS、IA-AMPS-APEG和IA-AMPS-TA共聚物的明显热降解分别发生在345°C、299°C和220°C以上,证明共聚物具有优异的耐温性能。无机钙垢的表征结果显示,共聚物显著破坏水垢沉积物的表面形态和晶体结构。同时,IA-AMPS-APEG作为添加剂制备的水煤浆具有高浓度,低粘度和良好的稳定性能。此外,通过分子动力学（MD）模拟计算IA-AMPS共聚物与Ca CO3/Ca SO4水垢晶体之间的相互作用。结果表明,IA-AMPS与方解石晶体（110）表面的结合能比（104）表面大,而IA-AMPS与硬石膏晶体（001）和（010）两个表面的结合能几乎相等。结合能越大,越有利于共聚物与钙垢沉积物的相互作用。因此,IA-AMPS共聚物对Ca CO3水垢的阻垢性能更佳。本研究制备的三种新型水处理剂在控制无机钙垢的形成将具有良好的应用前景,这将对节约水资源和提高能源利用效率具有潜在的战略意义。