工业循环冷却水系统在运行过程中,由于水分的蒸发等原因,经常会遭遇结垢的问题。阻垢剂的使用是一种简单、经济且高效抑制结垢的方法。但目前工业上常用的含磷类阻垢剂会导致水体的富营养化;羧酸类阻垢剂不易被生物降解,这都将给环境带来危害,违背了可持续发展的概念。所以本文制备出了一种绿色、经济且无磷的季戊四醇-β-环糊精四足化合物(PT-β-CD),并对其阻垢性能及作用机理进行了研究和分析,用以拓展β-环糊精在循环水系统中的应用。首先,本文以季戊四醇和β-环糊精为反应原料,利用连续一步法合成了绿色的季戊四醇-β-环糊精四足化合物(PT-β-CD),并使用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)和1H核磁共振谱(1H NMR)对目标产物PT-β-CD的结构进行确认,证明了 PT-β-CD被成功合成。接着,利用碳酸钙沉积法对PT-β-CD阻垢性能进行测定,借助SEM、XRD、TG对碳酸钙颗粒的形貌和晶型进行表征,根据实验结果对PT-β-CD的作用机理进行了分析。最后在本实验室研究的基础上,选取其它两种实验室自制直链β-环糊精的衍生物(β-CD-PEG400和β-CD-L61),将三者的阻垢性能进行比较,并对它们分子结构与阻垢性能的关系进行了探讨,为后续的研究提供了借鉴。本论文研究得到了如下结论。(1)随着PT-β-CD加量的增加,其阻垢率也逐渐增加,最佳的阻垢剂用量为140 mg/L,对应的阻垢率为89.45%,这表明四足化合物具有一定的阻垢能力。但恒温时间、水浴温度和Ca2+浓度都会对阻垢率产生影响,阻垢率随着它们的增加而呈现出下降的趋势;(2)将PT-β-CD处理前后垢样的SEM、XRD和TG谱图进行对比分析。分析结果与碳酸钙沉积实验共同表明了 PT-β-CD的抑制机理,即PT-β-CD分子结构中具有羟基(-OH)、醚键(C-O-C)和空腔,通过螯合、分散、晶格畸变等作用,不仅能抑制CaC03晶体的生成和长大,同时也能改变CaCO3的形貌;(3)通过对四足结构(PT-β-CD)和直链结构(ββ-CD-PEG400和β-CD-L61)β-CD衍生物的阻垢率比较,可以清楚地看出它们的阻垢率都随着其加入量的增加而增加,PT-β-CD和β-CD-PEG400的最佳阻垢剂用量分别为140 mg/L、180 mg/L,对应的阻垢率分别为 89.45%、76.48%,阻垢效果的排序为 PT-β-CD>β-CD-PEG400>β-CD-L61,反映出不同的分子结构将对阻垢率产生影响,亲水链比疏水链有利于抑制垢的生成,本文中制备出的PT-β-CD的四足结构比β-CD-PEG400的直链结构有利于阻垢。(4)三种β-CD的衍生物的阻垢率都随着恒温时间、水浴温度和Ca2+的增加而下降,但是在不同的条件下受影响的程度不同。其中PT-β-CD比β-CD-PEG400和β-CD-L61具有更好的时效性;PT-β-CD和β-CD-PEG400分别在低于90°℃和80℃的温度下使用能较好的发挥作用;PT-β-CD更适合用于处理高Ca2+浓度的工业循环冷却水,但是其对钙的容忍度还需要进一步地提升。从结果可以推测PT-β-CD的四足结构比β-CD-PEG400和β-CD-L61的直链结构有更好的分散稳定性;(5)通过垢样的形貌分析,可以直观地看出加入了 β-CD-PEG400和PT-β-CD的垢样,其外貌发生了变化,而加入β-CD-L61的垢样中基本还是呈现菱形。这与碳酸钙沉积实验的结论一致,即三种β-CD的衍生物中,PT-β-CD具有更强的阻垢能力。从三者的结构出发,出现这一差异的原因可能是PT-β-CD的四足结构,其四个分子链之间相互协同,使得分散能力比β-CD-PEG400单一的EO分子链更强,而β-CD-L61由于其PO疏水链的影响,所以它的阻垢率较低。