油田、蒸汽锅炉、造纸、反渗透膜等工业循环水处理系统中,原水及循环水中会含有一定量的二氧化硅及其化合物,极易以硅垢的形式沉积在管道,影响系统的安全正常运行。向循环水系统中添加阻垢剂是目前常用的抑制硅垢沉积的方法。本文通过分析硅垢成垢及阻垢剂阻垢机理,对聚合物阻垢剂进行了分子设计,合成了一种两性离子聚合物阻垢剂。首先合成了一种三羟乙基烯丙基季铵盐阳离子(THAAC)单体并优化合成条件,结果表明:以水为溶剂,反应温度为40℃,n(三乙醇胺):n(氯丙烯)为1:1.1,反应时间为24 h时,产物中THAAC阳离子的产率可达79.8%。然后分别从THAAC季铵盐阳离子、AMPS、AM、AA、MAH以及MA中选择三种单体进行共聚反应,考察不同官能团对阻垢效果的影响。实验结果表明,THAAC季铵盐阳离子、AM与AMPS聚合后得到的两性离子聚合物阻垢剂A-A/TAC阻垢效果较好。分别通过单因素实验与正交实验研究与优化A-A/TAC最佳聚合条件,确定最佳合成条件为:单体配比n(THAAC):n(丙烯酰胺):n(AMPS)为1:2:1,聚合温度为60℃,反应时间为4 h,引发剂质量分数为4.5%,A-A/TAC阻垢剂质量分数约为总质量的40%时,阻垢效果到达最佳,阻硅酸盐垢阻垢率可达76%,阻胶体硅垢阻垢率可达68%。对A-A/TAC聚合物进行结构与性能表征:测得A-A/TAC聚合物阻垢剂水解性及热稳定性良好,固含量为54.98%,密度为1.186 g/cm3,粘均分子质量为3100;加入A-A/TAC聚合物阻垢剂与未加入阻垢剂垢样的SEM扫描图片表明A-A/TAC聚合物阻垢剂能够有效抑制硅垢沉积。在A-A/TAC阻垢剂浓度为120 mg/L,体系pH范围在6～9之间,体系温度为30℃,投加时间在48 h内,A-AMPS/TAC聚合物阻垢剂阻硅酸盐垢阻垢率可达77%,阻胶体硅垢阻垢率可达65%,阻垢性能稳定,可以在工业生产现场应用。分别选取国内外常用的4种阻垢剂:PESA、HEDP、ATMP、PASP与A-A/TAC进行复配实验,A-A/TAC对胶体硅垢与硅酸钙垢的阻垢性能良好,与PESA或HEDP复配后阻硅酸钙垢阻垢率约为76.6%,效果尚可,阻胶体硅垢阻垢率为58%,效果不佳。