[0001] 本发明属于工业循环水处理技术领域，具体涉及一种基于羟基苯甲酰肼修饰的聚天冬氨酸衍生物、其制备方法及应用。

[0002] 冷却水循环系统在工业生产中应用广泛，但因循环系统中钙离子、硫酸根离子、碳酸根离子等阴阳离子的存在，使得冷却水在循环过程中会出现水垢沉积、管道腐蚀等问题。工业上常用离子交换膜、离子交换树脂、添加水处理剂等方法解决此问题，但由于离子交换膜法和离子交换法需定时更换离子交换膜和离子交换树脂，代价较高，所以目前最普及和便捷的方法是添加水处理剂。

[0003] 聚天冬氨酸因其无毒、无污染及可生物降解的特性，在工业循环水领域被广泛关注，当前研究主要聚焦于通过对其进行结构修饰来提升阻垢、缓释和抗菌性能。羟基苯甲酸具有与金属离子络合能力及一定的杀菌能力，其苯环上的羟基易于被氧化，这也暗示他作为循环冷却水处理剂可能具备良好的缓蚀性能。同时，羟基苯甲酸具有优良的光学性能，这为其作为水处理剂实现实时监测提供了可能。文献报道，酰胺键上的孤对电子能吸附溶液中有成垢倾向的微晶体，使这些微晶体聚集并都带有负电荷，同种电荷相互排斥的作用力能有效阻碍大晶体的形成，从而在阻垢过程中发挥重要作用。基于这一机制，本发明创新性地将羟基苯甲酰肼结构片段通过酰胺键引入聚天冬氨酸的肽链，旨在制备一种集阻垢、缓蚀、抑菌及荧光特性于一体的多功能水处理剂。

[0036] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

[0037] 下述实施例和对照例中，如无特殊说明，所用原料均为直接购买的普通市售产品或采用本领域常规方法可制备获得。

[0038] 以下实施例和对照例中所用聚琥珀酰亚胺的分子量为7000～8000，购自上海麦克林生化科技有限公司。

[0039] 实施例1

[0040] PASP‑THBH的合成

[0041] 称取聚琥珀酰亚胺(PSI)10mmol(0.984g)和30mmol(5.52g)3,4,5‑三羟基苯甲酰肼(THBH)于100mL圆底烧瓶中，加入40mL DMSO使其完全溶解，然后加入2mol/L氢氧化钠水溶液调节反应液pH值至8～9，然后于75℃水浴中搅拌反应24h，反应过程中持续加入2mol/L氢氧化钠水溶液使反应液的pH值维持在8～9之间。反应结束后，将反应液装入截留分子量为1000Da的透析袋中，在蒸馏水中透析，透析至蒸馏水的电导率降低到2μS/cm左右，减压蒸出溶液，得目标产物PASP‑THBH。

[0042] PASP‑DHBH的合成

[0043] 称取聚琥珀酰亚胺(PSI)10mmol(0.984g)和30mmol(5.05g)3,4‑二羟基苯甲酰肼(DHBH)于100mL圆底烧瓶中，加入40mL DMSO使其完全溶解，然后加入2mol/L氢氧化钠水溶液调节反应液pH值至8～9，然后于80℃水浴中搅拌反应24h，反应过程中持续加入2mol/L氢氧化钠水溶液使反应液的pH值维持在8～9之间。反应结束后，将反应液装入截留分子量为1000Da的透析袋中，在蒸馏水中透析，透析至蒸馏水的电导率降低到2μS/cm左右，减压蒸出溶液，得目标产物PASP‑THBH。

[0044] PASP‑HBH的合成

[0045] 称取聚琥珀酰亚胺(PSI)10mmol(0.984g)和30mmol(4.56g)4‑羟基苯甲酰肼(HBH)于100mL圆底烧瓶中，加入40mL DMSO使其完全溶解，然后加入2mol/L氢氧化钠水溶液调节反应液pH值至8～9，然后于85℃水浴中搅拌反应48h，反应过程中持续加入2mol/L氢氧化钠水溶液使反应液的pH值维持在8～9之间。反应结束后，将反应液装入截留分子量为1000Da的透析袋中，在蒸馏水中透析，透析至蒸馏水的电导率降低到2μS/cm左右，减压蒸出溶液，得目标产物PASP‑HBH。

[0046] PASP的合成

[0047] 取聚琥珀酰亚胺(PSI)10mmol(0.984g)于10mL蒸馏水中，置于40℃水浴中，在搅拌下缓慢滴加1mol/L的氢氧化钠水溶液10mL，于此温度下反应24h后，将所得溶液装入截留分子量为1000Da的透析袋中，在蒸馏水中透析，透析至蒸馏水的电导率降低到2μS/cm左右，用减压蒸馏蒸干截留液，得目标产物PASP 1.11g，产率95.68％。

[0048] 图1中a为PASP的1H NMR谱图，在δ4.47和δ2.75有PASP上次甲基和亚甲基的典型特征峰，证明PASP被成功合成。

[0049] 图1中b为目标产物PASP‑THBH的1H NMR谱图线，在δ4.47和δ2.75处有PASP上次甲基和亚甲基的典型特征峰，δ6.75有苯环上的特征峰，证明PASP‑THBH制备成功。根据图1中位移δ6.75左右苯环上氢和δ2.75左右PASP‑THBH侧链亚甲基上氢的积分面积计算，目标产物PASP‑THBH的接枝率为40％。

[0050] 图1中c为目标产物PASP‑DHBH的1H NMR谱图线，在δ4.47和δ2.75处有PASP上次甲基和亚甲基的典型特征峰，δ6.8和δ7.2有苯环上的特征峰，证明PASP‑DHBH制备成功。根据图1中位移δ6.8和δ7.2左右苯环上氢和δ2.75左右PASP‑DHBH侧链亚甲基上氢的积分面积计算，目标产物PASP‑DHBH的接枝率为40％。

[0051] 图1中d为目标产物PASP‑HBH的1H NMR谱图线，在δ4.47和δ2.75处有PASP上次甲基和亚甲基的典型特征峰，δ6.9和δ7.7有苯环上的特征峰，证明PASP‑HBH制备成功。根据图1中位移δ6.9和δ7.7左右苯环上氢和δ2.75左右PASP‑HBH侧链亚甲基上氢的积分面积计算，目标产物PASP‑HBH的接枝率为20％。

[0052] 实施例2

[0053] 利用静态阻垢法测试实施例1产品阻碳酸钙垢的阻垢率

[0054] 参照GB/T16632‑2019《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》，利用静态阻垢法测定PASP‑THBH对碳酸钙垢的阻垢性能。

[0055] (1)取9个250mL锥形瓶从1‑8编号，瓶中均加入6mg/mL的CaCl2水溶液10mL、3.8g/L的Na2B4O7·10H2O水溶液10mL(调节初始pH为9.0)、18.3mg/mL的NaHCO3溶液10mL；

[0056] (2)然后3‑8号锥形瓶中分别加入一定量的1mg/mL的PASP‑THBH水溶液，使得3‑8号锥形瓶中PASP‑THBH的终浓度分别为10、20、30、40、50、60mg/L，同时在1‑8号锥形瓶中分别补加蒸馏水使溶液总体积至250mL；

[0057] (3)取1号瓶中溶液25mL用0.01mol/L的EDTA‑2Na标准溶液滴定以标定其中Ca2+的浓度，消耗标准溶液的体积记为V0。

[0058] (4)然后，将2‑8号锥形瓶于80℃水浴中反应10h，反应结束后过滤，取滤液25mL用2+
0.01mol/L的EDTA‑2Na标准溶液滴定以标定其中的Ca 浓度，其中2号瓶中滤液消耗标准溶液的体积记为V1，3‑8号锥形瓶滤液消耗标准溶液体积记为V2。

[0059] (5)阻垢效率 可按公式(1)计算：

[0060]

[0061] 重复上述步骤，将PASP‑THBH换成PASP‑DHBH、PASP‑HBH、PASP测试其对碳酸钙垢的阻垢率，其中PASP对碳酸钙垢的阻垢率作为对照。

[0062] 图2为不同浓度PASP与PASP‑THBH、PASP‑DHBH、PASP‑HBH对碳酸钙垢的阻垢率，从图上可看出相同条件下PASP‑THBH、PASP‑DHBH、PASP‑HBH对碳酸钙垢的阻垢效果随着苯环上羟基的增加而增加PASP‑THBH对碳酸钙垢的阻垢率随着浓度的升高逐渐升高，PASP‑THBH在浓度为60mg/L时阻垢率可达91.00％，对比PASP浓度为60mg/L时(67.73％)的阻垢率有显著提升。

[0063] 实施例3

[0064] 利用静态阻垢法测试实施例1产品的阻硫酸钙垢效果

[0065] 参照SY/T5673‑2020《油田用防垢剂通用技术条件，》利用静态阻垢法测定PASP‑THBH对硫酸钙垢的阻垢性能。

[0066] (1)取8个250mL锥形瓶，从1‑8编号，然后均加入7.35mg/mL CaCl2溶液50mL、10.4g/L Na2B4O7·10H2O溶液25mL、7.1mg/mL Na2SO4溶液25mL；

[0067] (2)3‑8号锥形瓶中分别加入一定量的1mg/mL的PASP‑THBH水溶液，使3‑8号锥形瓶中PASP‑THBH的终浓度分别为1、2、3、4、5、6mg/L，同时1‑8号锥形瓶中分别补加蒸馏水使溶液总体积至250mL；

[0068] (3)取1号锥形瓶中溶液5mL用0.025mol/LEDTA‑2Na标准溶液滴定，以标定其中Ca2+浓度，消耗标准溶液的体积记为V0。

[0069] (4)将2‑8号锥形瓶于70℃水浴中反应6h，过滤后分别取滤液5mL用0.025mol/2+
LEDTA‑2Na标准溶液滴定以标定其中的Ca 浓度，其中2号锥形瓶中滤液消耗标准溶液的体积记录为V1，3‑8号锥形瓶中滤液消耗标准溶液的体积记为V2。

[0070] (5)阻垢效率 可按实施例2中式(1)计算。

[0071] 重复上述步骤，将PASP‑THBH换成PASP‑DHBH、PASP‑HBH、PASP测定他们对硫酸钙垢的阻垢率，其中PASP对硫酸钙垢的阻垢率作为对照。

[0072] 图3为不同浓度的PASP与PASP‑THBH、PASP‑DHBH、PASP‑HBH对硫酸钙垢的阻垢率，从图上可看出苯环上有3个羟基的PASP‑THBH和1个羟基的PASP‑HBH与PASP的阻垢性能相当，均可在较低浓度6mg/L达到100％左右；但分子苯环上有2个羟基的时PASP‑DHBH对CaSO4垢的阻垢效果却低于PASP、PASP‑THBH和PASP‑HBH。

[0073] 实施例4

[0074] 利用旋转挂片法测定实施例1产品的缓蚀性能

[0075] 参照GB/T1875‑2014《水处理剂缓蚀性能的测定‑旋转挂片法》，利用旋转挂片法测定PASP‑THBH的缓蚀性能。

[0076] (1)配制标准溶液：取0.05mol(7.35g)CaCl2·H2O、0.02mol(4.93g)MgSO4·7H2O、0.11mol(6.58g)NaCl于7L水中溶解；另称取0.02mol(1.68g)NaHCO3于1L水中溶解；然后将两种溶液混匀，用水稀释至10L，得到标准溶液；

[0077] (2)酸洗、碱洗溶液配制：配制1.5mol/L的NaOH溶液1000mL为碱洗溶液；取0.057mol(8g)六次甲基四胺于V浓盐酸(37％):VH2O＝1:4的1000mL混合溶液中配制为酸洗溶液；

[0078] (3)试片前处理：取7组20#碳钢试片，用滤纸将防锈油脂擦拭净，然后于无水乙醇中清洗，洗净后用滤纸吸干，于鼓风干燥箱中60℃干燥4h，冷却后称重，记为m1(精确到小数点后四位)，保存于干燥器中待用；

[0079] (4)测试液配制：用步骤(1)所配标准溶液配制浓度分别为0、10、20、30、40、50mg/L的PASP‑THBH溶液各2000mL；同样地，用步骤(1)所配标准溶液配制浓度分别为0、10、20、30、40、50mg/L的PASP溶液各2000mL；

[0080] (5)将盛有测试液的烧杯于旋转挂片仪上加热，当测试液温度达45℃时，六个烧杯中分别挂入1‑6组经步骤(3)处理过的碳钢试片，并使其完全浸入测试液，调节转速为94r/min，于45℃反应72h(根据试验情况，反应中适时补加标准溶液，使测试液体积保持在2000mL)；

[0081] (6)72h后停止试验，将旋转挂片仪上烧杯中试片取下，用毛刷刷洗干净后于步骤(2)所配制的酸洗溶液中清洗30s，取出用自来水冲洗后迅速浸入碱洗溶液中30s，取出后依次用自来水、蒸馏水冲洗、滤纸擦干，然后置于无水乙醇中浸泡3min，取出后用滤纸吸干，于鼓风干燥箱中60℃干燥4h，冷却后称重，记为m2(精确到小数点后四位)。第7组试片(经第(3)步骤处理，未进行第(5)步实验)也进行上述酸洗、碱洗、乙醇洗涤、干燥等操作，称重，记为m2。

[0082] 腐蚀速率以υ表示，单位为mm/a(毫米/年)，按公式(2)计算：

[0083]

[0084] 式中：

[0085] m——1‑6组试片的质量损失(m2‑m1)，单位为克(g)；

[0086] m0——第7组试片的质量损失(m2‑m1)，单位为克(g)；

[0087] s——试片的表面积，单位平方厘米(cm2)；

[0088] ρ——试片的密度，单位克每立方厘米(g/cm3)；

[0089] t——试验时间，单位小时(h)；

[0090] 8760——与年相当的小时数，单位小时每年(h/a)；

[0091] 10——与1cm相当的毫米数，单位毫米每厘米(mm/cm)。

[0092] 缓蚀率η按公式(3)计算：

[0093]

[0094] 式中：

[0095] υ0——样品浓度0mg/L时试片腐蚀速率，单位为毫米每年(mm/a)；

[0096] υ1——样品浓度为10‑50mg/L时试片的腐蚀速率，单位为毫米每年(mm/a)。

[0097] 测试结果如表1所示：

[0098] 表1不同浓度PASP‑THBH的缓蚀效率

[0099]

[0100]

[0101] 表2不同浓度PASP缓蚀率

[0102]

[0103] 实施例4是利用旋转挂片法探究不同浓度PASP和PASP‑THBH的缓蚀效果。从表可看出在浓度0～20mg/L时PASP‑THBH的缓蚀效率有明显的浓度依赖性，当浓度超过20mg/L后，其缓蚀效率又随着浓度的升高逐渐降低，但是均高于同等浓度下的PASP的缓蚀率，浓度为20mg/L时PASP‑THBH缓蚀率最高可达43.52％，比同等浓度下PASP的缓蚀率高一倍左右。

[0104] 实施例5

[0105] 测定PASP‑THBH的抑菌活性

[0106] (1)平板涂布计数法测PASP‑THBH对大肠杆菌的抑菌活性

[0107] 以LB液体培养基作为溶剂分别配制质量浓度为500mg/mL的PASP和PASP‑THBH母液，探究PASP和PASP‑THBH对大肠杆菌的抑制作用。

[0108] 菌种活化：取‑80℃冰箱保存的大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)菌株，在新鲜的固体LB平板(每1升中含有10g胰化蛋白胨、5g酵母提取物，10g NaCl和1.6g琼脂粉)上划线，30℃恒温培养24h。

[0109] 接单菌落于5mL LB液体培养基中，30℃，220r/min培养24h。灭菌后的PASP或PASP‑THBH溶液中分别加入培养24h后的菌液(80μL)并稀释至8mL，使PASP或PASP‑THBH的终浓度分别为20、40、60、80、100mg/mL；放入37℃恒温培养箱中，2h后取50μL菌液于固体LB培养基上，用涂布棒涂布均匀涂布菌液后放入37℃恒温箱中培养；24h后记录固体培养基上的菌落数，对实验结果进行数码拍照。

[0110] 图4为不同浓度的PASP‑THBH对大肠杆菌的抑菌活性，从图可以看出随着PASP‑THBH浓度的增加，大肠杆菌的存活率呈现明显下降趋势，与之相比，随PASP浓度的增加，大肠杆菌的存活率下降缓慢。整体来看，相同浓度下PASP‑THBH对大肠杆菌的抑制作用优于PASP，在PASP‑THBH浓度为100mg/mL时，大肠杆菌的存活率仅有33％。

[0111] (2)抑菌圈法测PASP‑THBH对大肠杆菌的抑菌活性

[0112] 菌种活化：取‑80℃冰箱保存的大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)菌株，在新鲜的固体LB平板(每1升中含有10g胰化蛋白胨、5g酵母提取物，10g NaCl和1.6g琼脂粉)上划线，30℃恒温培养15h。

[0113] 接单菌落于5mL LB液体培养基中，30℃，220r/min过夜培养。

[0114] 取过夜培养液1mL转接到100mL LB半液体培养基(0.7g琼脂粉)中，混合均匀后，倒入提前准备好的LB固体平板中。30min后，将已灭菌直径为0.7mm的圆形滤纸片平铺到LB培养基上，将不同浓度的PASP和PASP‑THBH溶液滴到滤纸片上，每个滤纸片上的化合物剂量为50μL，每个样品重复三次。静置30min后，将上述平板置于30℃恒温培养箱过夜培养。观察并测量抑菌圈的直径。若涂有药剂的滤纸片周围有明显的菌落抑制区，则可判定PASP或PASP‑THBH对被测菌株具有抑制作用。其中，PASP的抑菌效果作为对照组。

[0115] 图5为PASP与PASP‑THBH对大肠杆菌的抑菌活性。50mg/mL和100mg/mL的PASP对大肠杆菌的抑菌直径均为8.1mm；而PASP‑THBH在浓度为100mg/mL时对大肠杆菌的抑菌直径为26.4mm，在50mg/mL时为24.4mm，与PASP相比，PASP‑THBH对大肠杆菌的抑制效果显著优于PASP。

[0116] 实施例6

[0117] PASP‑THBH的荧光光谱

[0118] 配制浓度分别为0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mg/L的PASP‑THBH水溶液，记为测试液。固定激发波长为325nm(利用紫外光测试出PASP‑THBH的最佳吸收为325nm)，设置激发狭缝和发射狭缝分别为20nm和10nm，用荧光分光光度计，检测不同浓度PASP‑THBH的发射波长和对应荧光强度。

[0119] 图6为PASP‑THBH的浓度与荧光强度的关系。从图可看得出，PASP‑THBH的荧光强度随浓度的增加而增加，呈良好的线性关系，因此工业生产中可根据循环水管道中水溶液的荧光强度估测出循环水中水处理剂的含量。

[0120] 以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

[0121] 需要说明的是，以上实施例与对照例均属于同一发明构思，实施例与对照例的描述各有侧重，在实施例与对照例中描述未详尽之处，可参考其他实施例与对照例中的描述。