有机膦系抑制方解石阶梯面生长的分子动力学研究

摘要

有机膦系化合物是工业冷却水系统中常用阻垢剂,对有机膦酸阻垢剂的阻垢性能及机理进行研究,能为新型阻垢剂开发应用提供合理的理论依据.根据周期性键链(PBC)理论模型,运用分子动力学方法(MD),模拟了工业冷却水循环过程中5种有机膦阻垢剂与方解石4种阶梯面的相互作用机理.结果表明,有机膦酸分子与方解石(104)4个阶梯面的结合能均为负值,相互作用为放热过程,阻垢剂分子对方解石(104)阶梯面的生长具有良好的抑制作用.通过计算结合能,得出阻垢剂分子的吸附能力由强到弱依次为HDTMP、EDTMP、ATMP、NDP、AMP;同时观察到有机膦酸分子主要吸附在晶面的活性生长点,即阶梯面的终端拐角位置与阶梯拐点位置,占据了晶面上结晶的活性位置,抑制了晶面的进一步生长.根据有机膦酸与阶梯面结合能数据,得到4种终端阶梯面的吸附能力由强到弱依次为CO3-CO3、CO3-Ca、Ca-CO3、Ca-Ca,即稳定性越强则吸附能力越弱.