收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

无磷阻垢缓蚀剂的分子动力学模拟研究

曾建平  
【摘要】:无磷水处理剂在水处理中有重要应用,无磷化是未来水处理剂的发展方向。本论文对一些常用无磷阻垢缓蚀剂与晶体相互作用进行了分子动力学(MD)模拟,通过比较无水条件下和水溶液中的结合能、形变能和对关联函数等,研究了它们的阻垢和缓蚀作用机理,揭示了溶剂化效应对阻垢缓蚀作用影响的本质,为新型阻垢缓蚀剂的研发提供了理论指导。全文大体包括两部分内容: 一是模拟研究常见无磷阻垢剂的阻垢作用机理。 在无水(真空)条件下和水溶液中对四种常用聚合物阻垢剂,即聚丙烯酸(PAA)、水解聚马来酸酐(HPMA)、聚环氧琥珀酸(PESA)和聚天冬氨酸(PASP),分别与方解石(CA)(104)与(110)面、硬石膏(AD)(001)与(020)面和羟基磷灰石(HA)(001)与(110)面所形成的48种阻垢作用模型采用COMPASS力场进行NVT系综MD模拟。发现无水条件下和水溶液中4种聚合物阻垢剂均能阻止钙垢的生长,但水溶液中的模拟结果与实验结果更一致。两种情况下4种聚合物阻垢剂与各钙垢晶面相互作用时均能发生明显的形变。分析对关联函数g(r)Total、g(r)Ca(Crystal)-O(-C=O)、 g(r)Ca(Crystal)-O(-OH)、g(r)Ca(Crystal)-O(Water)、g(r)H(Polymer)-O(Water)和g(r)H(Polymer)-O(Crystal)均表明无水条件下和水溶液中聚合物阻垢剂与成垢晶体在近程区域有成键(含氢键)作用,在远程区易形成非键作用。在模拟体系中各物质之间的相互作用主要由非键作用提供。根据各聚合物重复单元在B3LYP/6-31G*水平下的自然电荷,发现聚合物O原子易与成垢晶体中的Ca原子形成库仑作用。 对碳酸钙垢,水溶液中4种聚合物阻垢剂与CA(104)和(110)面相互作用的结合能大小排序均为:PESA PASP HPMA PAA,同一聚合物阻垢剂与CA(110)面的结合能大于与(104)面的结合能。水分子的存在使聚合物阻垢剂与方解石晶体之间的结合能减小了。 对硫酸钙垢,水溶液中聚合物阻垢剂与AD(001)面的模拟结果更接近实验结果。水溶液中4种聚合物阻垢剂与AD(001)和(020)面相互作用的结合能大小排序均为:PESA PASP HPMA PAA,同一聚合物阻垢剂与AD(001)面的结合能小于与(020)面的结合能,与实验结果比较吻合。水分子的存在使聚合物阻垢剂与AD(001)面之间的结合能大大减小了,而使其与AD(020)面的结合能增大了。水分子的存在削弱了HPMA和PAA的形变,而使PASP和PESA的形变加剧了。 对磷酸钙垢,水溶液中聚合物阻垢剂与HA(001)面的模拟结果更接近实验结果。聚合物阻垢剂与HA相互作用的温度或能量的波动比CaCO3剧烈,但与硬石膏相当。水溶液中4种聚合物阻垢剂与HA(001)相互作用的结合能大小排序为:HPMA PASPPESAPAA;同一聚合物阻垢剂与HA两晶面的结合能相差不大,与实验结果比较吻合。无水条件下结合能的排序不符合实验结果,水分子的存在使HPMA和PESA的形变削弱,而使PASP和PAA的形变加剧。 水分子的存在使得聚合物阻垢剂并不能直接与成垢晶体发生相互作用,而主要是通过水分子间接进行。用MD模拟研究水溶液中阻垢剂的阻垢机理时水分子的存在非常重要,即在构建相互作用的模型时水分子不能被忽略。 二是模拟研究了无磷缓蚀剂对金属的缓蚀作用机理。 对碳钢,在无水条件和水溶液中对聚合物缓蚀剂水解聚马来酸酐(HPMA)、聚环氧琥珀酸(PESA)和聚天冬氨酸(PASP)与Fe(001)和(110)面的缓蚀作用进行分子动力学(MD)模拟研究。结果发现,对同一聚合物缓蚀剂来说,与Fe不同晶面的结合能均有Ebind(001)ind(110)(PESA除外),且水溶液中和无水条件下聚合物缓蚀剂的结合能大小排列均为PASPHPMAPESA,同时,水溶液中聚合物与Fe晶体的结合能比无水时的结合能要小得多。聚合物缓蚀剂在克服自身的形变而与Fe晶面紧密结合,从而阻止腐蚀介质与碳钢的结合,起到了缓蚀的作用。聚合物缓蚀剂并不能完全突破水结构而吸附于铁表面,使得缓蚀效果不佳,即水分子的存在影响了聚合物缓蚀剂与Fe晶体的相互作用。水分子的存在影响了聚合物缓蚀剂分子的形变程度。从对关联函数的分析,可知聚合物缓蚀剂分子和水分子中的O原子分别与Fe晶体中的Fe原子之间形成了非键作用。溶剂化效应在模型构建中存在着不可忽略的影响。 对铜表面的缓蚀作用,围绕着苯并三氮唑母体(BTA)用羟基进行修饰,一共得到6种无磷缓蚀剂苯并三氮唑及其衍生物。运用MD模拟方法对该6种缓蚀剂与Cu20(001)面的相互作用在无水条件下和水溶液中进行研究,发现后者与实验结果更吻合。同一温度下水溶液中6种BTA及其羟基衍生物与Cu20(001)晶面相互作用的结合能大小排序为:1-OH-BTA4-OH-BTA7-OH-BTABTA5-OH-BTA6-OH-BTA。水分子的存在对缓蚀剂分子与Cu20晶体相互作用的结合能有着重要的影响。水溶液中分子结构不同导致温度对苯并三氮唑及其衍生物的缓蚀作用不同。不同温度下1-OH-BTA与Cu20(001)晶面的结合能排序为343K323K333K,而BTA与Cu20(001)晶面的结合能强弱为323K333K343K。从非键作用能和对关联函数可知,缓蚀剂分子与Cu20晶体相互作用体系的结合能Ebind主要来自库仑能变(包括离子键)的贡献。发现呈负电性的功能团能与难溶铜盐表面上带正电的铜离子通过库仑相互作用而产生较强的吸附行为,从而阻止腐蚀介质与金属铜的进一步作用,即防止了金属的腐蚀。1-OH-BTA/200H2O/Cu2O(001)体系中部分水分子与Cu20晶体和1-OH-BTA均存在着化学键或氢键作用,即用分子动力学研究时水分子是不能被忽略的。 总之,本文对无磷阻垢缓蚀剂的结构-性能关系进行了系统的分子动力学模拟研究,解释了其作用机理,揭示了溶剂化效应对阻垢缓蚀性能影响的本质,做出了具有开拓和创新性的工作。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李宏刚;全有机配方水处理剂在循环水系统中的应用[J];纯碱工业;1998年06期
2 陈伯森;;新型水质稳定剂—“HDS—3阻垢缓蚀剂”在河南通过鉴定[J];工业水处理;1984年06期
3 宋广福;;QD-6263A阻垢缓蚀剂用于真空脱气浊环水[J];中国给水排水;2006年08期
4 鼎;;HAS型水质稳定剂和HAG型阻垢缓蚀剂鉴定会在萍乡召开[J];腐植酸;1985年01期
5 张利辉;聚天冬氨酸及其与膦系水处理剂复合的阻垢缓蚀研究[J];河北省科学院学报;2005年03期
6 李清;;低磷阻垢缓蚀剂的试验研究与工业应用[J];工业水处理;2011年03期
7 周本省;马家骧;陈淑芳;;甲叉膦酸系阻垢缓蚀剂阻垢作用的研究[J];中国腐蚀与防护学报;1991年03期
8 陈桂红;金盛;;1种新型低硬度循环冷却水阻垢缓蚀剂的应用[J];化工生产与技术;2011年02期
9 闫克明;;热力循环水加酸工艺处理实例[J];工业水处理;2008年12期
10 唐酞峰;;循环冷却水阻垢缓蚀剂的研制[J];腐蚀科学与防护技术;2007年06期
11 禇奇;梁渠;毛晖;范长利;谭张琴;魏红波;;新型三元低磷复配阻垢缓蚀剂的性能研究[J];江苏化工;2008年04期
12 王霞;侯铎;陈玉祥;;油田污水处理用复合型阻垢缓蚀剂[J];材料保护;2009年11期
13 鼎;;HAS型水质稳定剂及HAG型阻垢缓蚀剂通过技术鉴定[J];腐植酸;1984年04期
14 许立国;;循环水旁流弱酸处理提高浓缩倍数试验研究[J];工业水处理;2006年08期
15 郭茹辉;贺正旺;张利辉;赵军平;田彩莉;李晓辉;;无磷环保型水质稳定剂的研制及性能研究[J];河北化工;2009年01期
16 郝善奎;;一种新型高效阻垢缓蚀剂的研制[J];西安石油大学学报(自然科学版);2011年02期
17 李茂东,吴从容;工业锅炉锅内水处理药剂现状与发展[J];工业水处理;2004年05期
18 吴宇峰,曾凡亮,刘向东;绿色化学品与无磷阻垢缓蚀剂[J];化工时刊;2005年07期
19 曾德芳;李进勇;袁哲;;聚天冬氨酸的低成本制备及其阻垢性能研究[J];云南化工;2008年03期
20 曾德芳;李进勇;;环保型无磷阻垢缓蚀剂的实验研究[J];北京水务;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 霍宇凝;陆柱;;聚合物阻垢剂研究进展[A];’2001全国工业用水与废水处理技术交流会论文集暨水处理技术汇编[C];2001年
2 许立国;;循环水旁流弱酸处理提高浓缩倍数试验研究[A];山东电机工程学会第十一届优秀学术论文集[C];2008年
3 吴秋洁;李斌栋;吕春绪;;新型磷系水处理剂的合成研究[A];第二届全国精细化工药物(医药、农药、兽药)中间体学术交流会论文专辑[C];2005年
4 许立国;贠吉玉;;循环水电子—化学协同处理提高浓缩倍率研究与应用[A];2008年中国精细化工协会水处理化学品行业年会论文集[C];2008年
5 霍宇凝;陆柱;;聚合物阻垢剂研究进展[A];中国土木工程学会水工业分会第四届理事会第一次会议论文集[C];2002年
6 李长文;张会;;可靠性与维修问题的关联函数[A];模糊集理论与应用——98年中国模糊数学与模糊系统委员会第九届年会论文选集[C];1998年
7 刘茵;刘云利;李春新;巨雪霞;李丽丽;;膦酰基羧酸共聚物阻垢缓蚀剂的研究开发进展[A];甘肃省化学会第二十七届年会暨第九届甘肃省中学化学教学经验交流会论文摘要集[C];2011年
8 胡荣江;吴和宇;肖志刚;诸永泰;靳根明;段利敏;王宏伟;徐瑚珊;;35MeV/u ~(36)Ar+~(112,124)Sn反应中中等质量碎片关联函数的同位旋效应[A];第十二届全国核物理大会暨第七届会员代表大会论文摘要集[C];2004年
9 李淑侠;;源的“不透明”和膨胀效应对2π关联函数的影响[A];中国物理学会高能物理分会第七届学术年会理论分会场二论文集[C];2006年
10 吕国雄;覃团发;;库仑三体系统基态能量和基态结构[A];第八届全国核物理会议文摘集(上册)[C];1991年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾建平;无磷阻垢缓蚀剂的分子动力学模拟研究[D];南京理工大学;2013年
2 朱伟;高能体系结构和性能的分子动力学研究[D];南京理工大学;2008年
3 李淑侠;颗粒及部分相干源2π关联函数的特性[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 何源;理论物理中若干前沿问题的研究—Bose-Einstein凝结的转变温度与关联函数、各向异性电阻率测量理论、电声超导模型的渐近严格精确解[D];复旦大学;2009年
5 顾祥柏;流程工业信息基元集成方法及应用研究[D];北京化工大学;2005年
6 牛敏;一类自相似测度的奇异性与可乘序列的结构及关联维数[D];武汉大学;2005年
7 左芬;QCD中的非微扰方法:光锥求和规则与AdS/QCD[D];中国科学技术大学;2008年
8 张曙光;有机阻垢缓蚀剂作用机理的理论研究[D];南京理工大学;2006年
9 李桥兴;灰色投入产出分析及直接消耗系数可拓调整研究[D];南京航空航天大学;2007年
10 甄翼;带反射边界条件的q形变超对称t—J模型的代数分析[D];西北大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李艳红;有机膦阻垢缓蚀剂及其在磁化水中的阻垢研究[D];河北师范大学;2011年
2 程芳婷;复合阻垢缓蚀剂的阻垢缓蚀性能研究[D];南京理工大学;2010年
3 胡晓静;多元无磷阻垢缓蚀剂的研制[D];河北工业大学;2010年
4 王晶;城市中水回用于电厂循环冷却水的阻垢和缓蚀试验研究[D];华北电力大学(河北);2009年
5 李平双;制药循环水系统阻垢缓蚀剂的研究[D];河北科技大学;2011年
6 郭媛媛;二元高斯核模型的相不稳定性研究[D];华中师范大学;2005年
7 郑艳芬;新型水质稳定剂(AADMP)的合成及其阻垢缓蚀性能试验研究[D];广东工业大学;2006年
8 曾彬;工业锅炉有机膦水化学技术研究[D];长沙理工大学;2013年
9 范金蕤;RHIC低能区双质子关联函数及相互作用的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 张娅;城市污水回用于电厂循环冷却水水处理剂的开发研究[D];华北电力大学(河北);2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 郭志平;研究湍流的后起之秀[N];浙江日报;2000年
2 记者 孔瑗 通讯员 王新 洪磊;上海世博会用上德城产品[N];德州日报;2009年
3 雷鸣;鲤鱼的三种命运[N];中国渔业报;2004年
4 本报特派记者 陈四化;沙漠在这里止步[N];农民日报;2000年
5 晓燕 俊峰;水处理剂提升循环冷却系统运行质量[N];中国化工报;2009年
6 章道义;周培源:中国科教界一颗明亮的星[N];科技日报;2002年
7 夏华;洗面奶:精挑细选防后患[N];中国消费者报;2004年
8 李华 记者 裴丽 幸福;积极探索地企校之间的深度融合[N];大庆日报;2009年
9 记者 戴宏 通讯员 云飞;如意工业园区上半年引进40多个项目[N];内蒙古日报(汉);2009年
10 见习记者 张晓航 通讯员 吴香波;我市7家企业获批国家技术创新基金[N];德州日报;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978