生物聚合物因具有環(huán)境友好、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，其原始阻垢性能往往有限，通過接枝共聚等方法對生物聚合物進(jìn)行改性，可顯著提升其阻垢性能。以下將從不同生物聚合物出發(fā)，闡述如何通過接枝共聚提高其阻垢性能。

淀粉類生物聚合物

• 接枝共聚方法：以淀粉為基體，通過一步接枝共聚反應(yīng)，可將丙烯酸（AA）接枝到淀粉分子鏈上，制備淀粉 - 接枝 - 聚丙烯酸（St - g - PAA）。在反應(yīng)過程中，通常需要引發(fā)劑來引發(fā)單體的聚合反應(yīng)，引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基會(huì)攻擊淀粉分子鏈，形成活性位點(diǎn)，進(jìn)而使丙烯酸單體在這些活性位點(diǎn)上發(fā)生接枝聚合。
• 提高阻垢性能原理：St - g - PAA 具有獨(dú)特的陰離子線性支鏈結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使其具備多種阻垢機(jī)制。一方面，其分子中的羧基等官能團(tuán)能夠與鈣、鎂等成垢離子發(fā)生螯合作用，將成垢離子穩(wěn)定在溶液中，阻止它們形成沉淀；另一方面，在碳酸鈣結(jié)晶過程中，St - g - PAA 可以吸附在碳酸鈣晶核表面，使晶核發(fā)生晶格畸變，阻礙晶體的正常生長，從而起到阻垢作用。此外，它還能對已形成的微小垢晶體進(jìn)行分散，防止其聚集長大。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)表明，在約 40 mg/L 的最佳投加量下，St - g - PAA 對碳酸鈣的阻垢效率可達(dá)約 94%。

聚天冬氨酸類生物聚合物

• 接枝共聚方法：以聚琥珀酰亞胺（PSI）為原料，與亞氨基二乙酸（IA）進(jìn)行接枝共聚，可合成聚天冬氨酸 - 亞氨基二乙酸聚合物（PASP - IA）。反應(yīng)過程中，PSI 分子鏈上的某些基團(tuán)與 IA 發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn) IA 在 PSI 鏈上的接枝。另外，以尿素、馬來酸酐和二乙烯三胺為原料可合成聚天冬氨酸 / 二乙烯三胺接枝共聚物（PASP/DETA）12；以多糖酰亞胺和殼聚糖為原料能合成聚天冬氨酸 / 殼聚糖接枝共聚物（PASP/CS）。
• 提高阻垢性能原理：PASP - IA 由于引入了亞氨基二乙酸結(jié)構(gòu)，增加了對成垢離子的螯合位點(diǎn)，使其對碳酸鈣和硫酸鈣的阻垢性能顯著提高。當(dāng)該聚合物濃度為 10 mg/L 時(shí)，阻碳酸鈣垢效率比聚天冬氨酸（PASP）增加了 48%；在 15 mg/L 時(shí)，PASP - IA 的阻硫酸鈣效率已接近 100%，顯示出優(yōu)異的阻垢性能。PASP/DETA 由于側(cè)鏈形成分子內(nèi)氫鍵，產(chǎn)生七元雜環(huán)結(jié)構(gòu)，相較于 PASP 對磷酸鈣的阻垢性能有所提升。當(dāng) PASP/DETA 濃度為 15 mg/L 時(shí)，對磷酸鈣的阻垢效率接近 100%；濃度為 6 mg/L 時(shí)，對碳酸鈣的阻垢效率也接近 100%。PASP/CS 對磷酸鈣垢的抑制效率在抑制劑濃度為 8 mg/L 時(shí)可達(dá) 89%，而 PASP 僅為 46%。PASP/CS 能改變碳酸鈣和磷酸鈣晶體的結(jié)構(gòu)，使晶格發(fā)生畸變，生成的晶粒尺寸變小，呈分散狀態(tài)，從而抑制垢的形成。

腐殖酸類生物聚合物

• 接枝共聚方法：以腐殖酸（HA）為基礎(chǔ)，可與多種單體進(jìn)行接枝共聚。例如，先合成含雙鍵的單體 3 - （丙烯酰胺基甲基） - 2 - 羥基 - 5 - 磺基苯甲酸（SAM），將其與 HA 接枝共聚，合成黑色聚合物 HA - g - SAM（HS - 01）；以 SAM、環(huán)氧琥珀酸（ESA）和 HA 為原料，可合成 HA - g - SAM - PESA 聚合物（HS - 02）；通過合成具有雙鍵的單體（2 - （二乙基氨基） - 1 - 乙烯基吡咯 - 2 - 基）膦酸酯（MVP），并以 MVP 單體、ESA 和 HA 為原料，合成 HA - g - MVP - PESA 聚合物（HS - 03）。
• 提高阻垢性能原理：這三種腐植酸接枝共聚物均能通過與成垢離子發(fā)生螯合作用，以及對碳酸鈣和硫酸鈣晶體生長的干擾來實(shí)現(xiàn)阻垢。在恒溫溫度為 70℃時(shí)，HS - 01 加量為 800mg/L 時(shí)，對碳酸鈣和硫酸鈣垢的阻垢效率分別為 73.0% 和 80.1%；HS - 02 加量為 400 mg/L 時(shí)，對碳酸鈣和硫酸鈣垢的阻垢率分別為 84.5% 和 88.2%；HS - 03 加量為 400 mg/L 時(shí)，對碳酸鈣和硫酸鈣垢的阻垢率分別為 83.6% 和 86.7%。掃描電子顯微鏡和 X 射線衍射儀分析表明，它們均能阻礙碳酸鈣和硫酸鈣晶體的正常生長，使晶格扭曲變形，有效抑制垢的形成。

聚環(huán)氧琥珀酸類生物聚合物

• 接枝共聚方法：將聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）與聚丙烯酸（PAA）進(jìn)行接枝共聚，制備聚環(huán)氧琥珀酸接枝聚丙烯酸（PESA - g - PAA）。此外，還可進(jìn)一步引入烯丙氧基羥丙基磺酸鈉（AHPS），合成聚環(huán)氧琥珀酸接枝聚丙烯酸 / 烯丙氧基羥丙基磺酸鈉（PESA - g - PAA/AHPS）。
• 提高阻垢性能原理：PESA - g - PAA 對碳酸鈣、硫酸鈣的阻垢性能比 PESA 更好，這是因?yàn)榻又ι系?PAA 鏈段增加了聚合物分子與成垢離子的作用位點(diǎn)和作用強(qiáng)度。而 PESA - g - PAA/AHPS 的性能更優(yōu)，投加量為 10 mg/L 時(shí)，其對碳酸鈣和硫酸鈣的阻垢率分別達(dá)到 99.6%、99.8%；投加量為 50 mg/L 時(shí)，對磷酸鈣的阻垢率、鋅鹽穩(wěn)定率、Q235 碳鋼的緩蝕率分別為 93.7%、91.1%、66.2%，性能較未改性的 PESA 大幅提高。其原因在于 AHPS 的引入進(jìn)一步優(yōu)化了聚合物的結(jié)構(gòu)和性能，增強(qiáng)了對不同垢類的抑制能力以及對金屬離子的穩(wěn)定能力和緩蝕能力。