به منظور تولید مونومر کاتیونی اولیه فسفونیوم، N,N-دی آلیل-3-(دی اتیل فسفوناتو)پروپیل آمونیوم کلرید، محلول همزده N,N-دیالیل-3-(دی اتیل فسفوناتو)پروپیلامین (41.3 گرم، 0.15 مول) در دی اتیل اتر (300 سانتی متر ^مکعب ) تهیه شد. HCl بدون رطوبت به داخل محلول ریخته شد تا زمانی که لایه اتر رویی شفاف شد و تولید بیشتر محلول شیری شکل گرفت. نمک کلرید جدا شده چندین بار با اتر شسته شد تا کلرید N,N-دیالیل-3-(دی اتیل فسفوناتو)پروپیل آمونیوم به عنوان یک مایع چسبناک بدست آید که سپس در خلاء در دمای 40 درجه سانتیگراد به وزن ثابت (45.2 گرم، 97) خشک شد. ٪. مایع چسبناک در داخل فریزر جامد شد. یک نمونه تحلیلی با کریستالیزه کردن کلرید N، N-دیالیل-3-(دی اتیل فسفوناتو)پروپیل آمونیوم از مخلوط استون/اتر/متانول تهیه شد. نمک بسیار مرطوب کننده، تجزیه و تحلیل عنصری تقریبی را به شرح زیر ارائه کرد: C، 49.6. H, 8.97; N، 4.3. C ₁₃ H ₂₇ ClNO ₃ P به C، 50.08 نیاز دارد. H, 8.73; N, 4.49%; ν _حداکثر (KBr) 3435، 2985، 2930، 2630، 2639، 1646، 1457، 1218، 1163، 1025، 963 و 768 سانتی متر ⁻¹ ؛ δH _، (D ₂ O) 1.21 (6H، t، J 7.0 هرتز)، 1.89 (4H، m)، 3.14 (2H، m)، 3.69 (4H، m)، 4.03 (4H، m)، 5.51 (4H m)، 5.82 (2H، m); δC ₎ (125 مگاهرتز، D ₎ : 16.49 (s، 2C، Me ، 17.74 (s، 1C، PCH _CH2 2 ) _، 21.84 (d، 1C، d، P CH2 2 _O ، ¹ J (PC ) 140 هرتز)، 52.30 (1C، d، PCH ₂ CH ₂ C H ₂ ، ³ J(PC) 17.5 هرتز)، 55.80 (s، 2C، ═CH- CH2 ) ، _O 64.37 (d، 2C، C H ₂ CH ₃ ، ² J(PC) 7.2 هرتز)، 126.22 (s، 2C، = ) ، 127.61 (s، 2C، CH2 CH ₌ ). δ _P (202 مگاهرتز، D ₂ O): 31.40 (m، 1P). ¹³ تخصیص طیفی C توسط تجزیه و تحلیل DEPT 135 NMR پشتیبانی شد.

برای پلیمریزاسیون مونومر کاتیونی، کلرید N، N-Diallyl-3-(diethylphosphonato)propylammonium، هر دو آغازگر پرسولفات آمونیوم (APS) و هیدروپراکسید ترت بوتیل (TBHP) استفاده شد. محلولی از مونومر N,N-دیالیل-3-(دی اتیل فسفوناتو)پروپیل آمونیوم کلرید در آب دیونیزه شده در یک ^{10 سانتی متر مکعبی} فلاسک ته گرد _{با N2} قرار داده شد . برای APS، 400 میلی گرم. آغازگر APS به محلول اضافه شد. برای TBHP، 270 میلی گرم. آغازگر TBHP به محلول اضافه شد. مخلوط در بالن در بسته در دمای 85 درجه سانتیگراد به مدت 48 ساعت برای هر دو آغازگر هم زده شد. مخلوط واکنش شفاف در برابر آب دیونیزه به مدت 24 ساعت دیالیز شد. محلول پلیمری حاصل از پلی الکترولیت کاتیونی (CPE)، یعنی پلی دی آلیل (دی اتیل فسفوناتو) پروپیلامونیوم کلرید سپس یخ خشک شد. شروع تجزیه حرارتی (مویرگی بسته) نتایج زیر را به همراه داشت: 300-310 درجه سانتیگراد (تجزیه شده، سیاه شد). C, 49.8; H, 8.8; N، 4.4. C ₁₃ H ₂₇ ClNO ₃ P به C، 50.08 نیاز دارد. H, 8.73; N, 4.49%; ν _حداکثر (KBr) 3400 (بسیار وسیع تقریباً ارتعاشات کششی CH را در بر می گیرد)، 2989، 2945، 1652، 1461، 1398، 1219، 1127، 1025، 968، 794، 705، 561- ^سانتی متر δP _{O): 33.84 (s، ماژور} (202 مگاهرتز، D ₂ ) و 26.09 (s، minor) در نسبت 75:25.

به منظور انجام هیدرولیز اسیدی پلی الکترولیت کاتیونی (CPE) پلی دی آلیل (دی اتیل فسفوناتو) پروپیلامونیوم کلرید برای به دست آوردن پلی زویتریون اسید (PZA)، پلی [3-(N,N-دیالیلامونیو)پروپان فسفونیک اسید، محلولی از پلی الکترولیت کاتیونی ( ) تهیه شد ^{CPE) پلی دی آلیل (دی اتیل فسفوناتو) پروپیلامونیوم کلرید (با استفاده از TBHP به عنوان آغازگر) (3.22 گرم، 10.3 میلی مول) در HCl (25 سانتی متر} مکعب ) و آب (20 سانتی متر ^مکعب که سپس در یک ظرف بسته در دمای 90 درجه هیدرولیز شد. C. به مدت 48 ساعت. مخلوط همگن تا دمای اتاق خنک شد و به مدت 48 ساعت در برابر آب دیونیزه دیالیز شد. مقداری پلیمر در کف کیسه دیالیز نشست. سپس کل مخلوط با یخ خشک شد تا PZA poly [3-(N,N-diallylammonio)propanephosphonic acid] به عنوان پودر سفید خامه ای (2.12 گرم، 94%) به دست آید. شروع تجزیه حرارتی (مویرگی بسته) نتایج را به همراه داشت: 310-320 درجه سانتیگراد (کاهش، قهوه ای روشن شد). تجزیه و تحلیل بیشتر به دست آمد: C, 49.0; H, 8.4; N، 6.2٪. C ₉ H ₁₈ NO ₃ P به C، 49.31 نیاز دارد. H, 8.28; N, 6.39%; ν _حداکثر (KBr) 3450، 2952، 2730، 1653، 1463، 1144، 1053، 907، 768، 709، و 543 سانتی‌متر ^-1 .

بازسازی PZA، پلی [3-(N، N-diallylammonio)پروپان فسفونیک اسید]، به هر دو پلی الکترولیت دی آنیونی (DAPE) و پلی الکترولیت آنیونی zwitterionic (ZAPE) انجام شد. برای بازیافت PZA به DAPE، مخلوطی از PZA poly [3-(N,N-diallylammonio)propanephosphonic acid] (0.876 گرم، 4.0 میلی مول) در آب (5.0 cm3) با 1.0 N NaOH (8.0 سانتی متر) خنثی ^شد . ³ ، 8.0 میلی مول) ( 2 معادل هیدروکسید سدیم). پس از اینکه مخلوط یکنواخت شد، محلول یخ خشک شد تا پلی الکترولیت دی آنیونی (DAPE) پلی [دی سدیم 3-(N,N-دی‌آلی‌آمینو)پروپانفسفونات] به صورت پودر سفید خامه‌ای (1.02 گرم، 97%) به دست آید. شروع تجزیه حرارتی (مویرگی بسته): بالای 300 درجه سانتیگراد (قهوه ای شد)، حتی در دمای 370 درجه سانتیگراد ذوب نشد. C, 40.8; H, 6.4; N، 5.1. C ₉ H ₁₆ NNa ₂ O ₃ P به C، 41.07 نیاز دارد. H, 6.13; N, 5.32%; ν _max (KBr) 3475 (بسیار وسیع ارتعاشات کششی CH را در بر می گیرد)، 2920، 2820، 1660، 1451، 1390، 1306، 1222، 1060، 973، 783، و 613 سانتی ^متر ؛ δ _P (202 مگاهرتز، D ₂ O) 22.60 (s، 1P).

برای بازیافت PZA به ZAPE، مخلوطی از PZA poly [3-(N,N-diallylammonio)propanephosphonic acid] (0.876 گرم، 4.0 میلی مول) در آب (8.0 سانتی متر مکعب) با 1.0 N NaOH (4.0 سانتی متر) خنثی ^. شد ³ ، 4.0 میلی مول) (1 معادل هیدروکسید سدیم). پس از اینکه مخلوط یکنواخت شد، محلول برای به دست آوردن پلی [سدیم 3-(N,N-diallylammonio)propanephosphonate ZAPE به صورت پودر سفید خامه ای (0.894 گرم، 93٪) یخ خشک شد. شروع تجزیه حرارتی (مویرگی بسته): نه تغییر در رنگ و نه ذوب تا 330 درجه سانتیگراد. C, 44.5; H, 7.35; N، 5.6. C ₉ H ₁₇ NNaO ₃ P به C، 44.82 نیاز دارد. H, 7.10; N, 5.81%; ν _max (KBr) 3790، 2962، 2929، 2852، 1458، 1413، 1381، 1060، 974، 715، و 559 cm- ¹ . δ _P (202 مگاهرتز، D ₂ O: 20.81 (s، 1P).

به عنوان یک روش جایگزین، سنتز و پلیمریزاسیون یک مونومر زوئیتریونی برای تبدیل پلی سوئیتریون حاصل (PZ) به PZA، DAPE، ZAPE بالا و یک پلی الکترولیت آنیونی (APE) استفاده شد، مونومر زویتریونی سنتز و پلیمریزه شد تا PZ به دست آید. با استفاده از روشی که در Ali, Shaikh A. et al., “Synthesis and Solution Properties of a PH Responsive Cyclopolymer of Zwitterionic Ethyl 3-(N,N-diallylammonio)propanephosphonate” Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry شرح داده شده است. 48 (24)، 5693-5703، 2010.

به طور خاص، محلولی از مونومر زویتریونیک اتیل 3-(N,N-diallylammonio) پروپان فسفونات (6.06 گرم، 24.3 میلی مول) در 0.5 N NaCl (2.02 گرم) با استفاده از آغازگر TBHP (125 میلی گرم) در دمای 88 درجه سانتیگراد پلیمریزه شد. ساعت ها. مخلوط واکنش به مدت 48 ساعت در برابر آب دیونیزه شده دیالیز شد تا مونومر و NaCl واکنش نداده حذف شود. سپس محلول پلیمری با یخ خشک شد تا پلی زوئیتریون (PZ) با بازده 59 درصد بدست آید. ویسکوزیته ذاتی [η] در دمای 30 درجه سانتیگراد 0.0988 دسی لیتر بر گرم در آب بدون نمک تعیین شد. PZ برای به دست آوردن PZA poly[3-(N,N-diallylammonio)propanephosphonic acid] (85%) هیدرولیز شد، که سپس به پلی الکترولیت دی آنیونی (DAPE) پلی [دی سدیم 3-(N,N-diallylamino) تبدیل شد. پروپان فسفونات] و پلی [سدیم 3-(N,N-diallylammonio)propanephosphonate] ZAPE با استفاده از همان روش هایی که در بالا توضیح داده شد. به همین ترتیب، PZ به یک پلی الکترولیت آنیونی (APE) با استفاده از 1 معادل NaOH همانطور که در Ali et al توضیح داده شده است، تبدیل شد. مقاله.

به منظور ارزیابی آنتی‌اسکالانت‌ها، تجزیه و تحلیل آب خوراک و نمک‌های دفعی از یک کارخانه اسمز معکوس (RO)، واقع در دانشگاه نفت و مواد معدنی ملک فهد در ظهران، عربستان سعودی، غلظت Ca 2 + 281.2 ppm ^را در آب خوراک شور و 867.7 پی پی ام در آب نمک دفع. غلظت متناظر SO4 _2- ^در آب خوراک و آب نمک رد به ترتیب 611 و 2100 ppm بود. ترکیب آب نمک رد فوق در بازیابی 70 درصد به عنوان “1 CB” (آب نمک غلیظ) در زیر ذکر شده است. ] در محلولی حاوی 2.3 برابر غلظت Ca2+ ^و SO42- _از ^{ارزیابی بازدارنده مقیاس پلی الکترولیت دیانیونی (DAPE) پلی [دی سدیم 3-(N،N-دی‌آلی‌آمینو)پروپان فسفونات} 1 CB انجام شد. 2.3 محلول CB نسبت به CaSO4 فوق اشباع _شد .

محلول های حاوی یون های Ca ^{2 +} و SO ₄ ^2- برابر با 4.6 برابر آب نمک غلیظ (1 CB) با حل کردن مقدار محاسبه شده CaCl ₂ و Na ₂ SO ₄ به ترتیب در آب دیونیزه تهیه شدند. محلول 4.6 CB کلرید کلسیم (60 میلی لیتر) در سطح دوز 20 ppm DAPE در یک فلاسک ته گرد دو گردن گرفته شد و تا دمای 1±50 درجه سانتیگراد گرم شد. محلول از قبل گرم شده (50 درجه سانتیگراد) 4.6 سولفات سدیم CB (60 میلی لیتر) به سرعت به فلاسک اضافه شد و محتوای آن با استفاده از یک نوار همزن مغناطیسی با سرعت 300 دور در دقیقه بهم زد. محلول حاصل حاوی 10 ppm DAPE به 2.3 CB تبدیل شد که 2.3 × 866.7 میلی گرم در لیتر است. به عنوان مثال، 1993 mg/L در Ca ²⁺ و 2.3×2100 mg/L. به عنوان مثال، 4830 میلی گرم در لیتر در SO ₄ ^2- . گرفته شد که نتایج آن در جدول 1 در زیر آمده است. ^{نمونه های 200 میکرولیتری در فواصل زمانی مختلف از طریق فیلتر 0.45 میکرونی (میلی پور) برای اندازه گیری یون های Ca2 +} باقی مانده در محلول با استفاده از طیف سنج جذب اتمی

میز 1
ارزیابی مهار مقیاس CaSO 4 توسط DAPE

	محلول a با بازدارنده	محلول خالی الف	مقیاس
زمان (دقیقه)	Ca 2+ (mg/L)	Ca 2+ (mg/L)	بازداری (٪)

0	1990	1990	–
6	1988	660	99.8
180	1984	640	99.6
420	1960	630	97.8
1800	1930	620	95.6
a هر دو محلول حاوی Ca 2 + و SO 4 2- در غلظت 2.3 برابر غلظت آب نمک غلیظ (CB) بودند، به عنوان مثال، [Ca2 ] = 1993 mg/L و [SO42- ] + = 4830 mg/L. L

پلی‌فسفونات‌های فوق بسیار پایدار بودند و تا دمای 300 درجه سانتی‌گراد هیچ گونه تجزیه یا تغییر رنگ قابل‌توجهی نشان ندادند. مخلوطی کدر از 3 درصد وزنی PZA در آب بدون نمک در 0.03 مولار NaCl شفاف شد. PZA همچنین در 0.1 N HCl محلول یافت شد. اگرچه اکثر پلی‌زویتریون‌ها در آب نامحلول هستند، PZ بالا هم در آب بدون نمک و هم در آب نمک‌افزوده محلول باقی می‌ماند که در نتیجه هیدراتاسیون گسترده O- و ازدحام فضایی اعمال شده توسط OCH 2 CH 3 است که ^از اثربخشی _آن جلوگیری _{می‌کند} . برهمکنش زویتریونی با نیتروژن های کاتیونی

شکل. 1 طیف ^{طیف 1H} NMR را برای مونومر فسفونیوم کاتیونی (CPM) N,N-دیالیل-3-(دی اتیل فسفوناتو)پروپیل آمونیوم کلرید، CPE، DAPE و ZAPE در D2O نشان می دهد. با توجه به طیف های IR و NMR _، قوی جذب در 1127 و 1025 cm ^-1 در طیف IR CPE به ترتیب به فرکانس کشش P═O و P-O-C نسبت داده می شود. برای PZA، DAPE و ZAPE، قله‌های 1053، 1060، و 1060 cm ^-1 به فرکانس کشش P═O اختصاص داده می‌شوند. شکل. 2 طیف متناظر ¹³ C NMR مونومر و پلیمرها را نشان می دهد. عدم وجود هر گونه پروتون یا سیگنال کربن باقیمانده آلکن در طیف، فرآیند انتقال زنجیره ای را برای واکنش خاتمه نشان می دهد.

تخصیص ^{پیک های 13} C بر اساس نتایج شناخته شده در مورد مونومرهای نمک آمونیوم چهارتایی است که تحت سیکلوپلیمریزاسیون قرار می گیرند تا ساختارهای حلقه پنج عضوی مطلوبی را ایجاد کنند، که جانشین های آن در کربن های حلقه می توانند در سیس متقارن (مهم) یا باشند. گرایش های غیر متقارن ترانس (جزئی). ادغام سیگنال ها باعث شد که نسبت سیس به ترانس جانشین های حلقه 75:25 باشد. نسبت های مشابهی برای بسیاری از فرآیندهای سیکلوپلیمریزاسیون باتلر مشاهده می شود. ³¹ سیگنال P NMR برای CPM، CPE، DAPE و ZAPE به ترتیب در δ31.4، 33.8، 22.6 و 20.8 ppm ظاهر شد. تغییر میدان بالا سیگنال P در DAPE و ZAPE به چگالی الکترون بالاتر در اطراف P در نتیجه اکسیژن‌های با بار منفی نسبت داده می‌شود.