膦系缓蚀阻垢剂分子结构与性能的研究

摘要

通过静态阻垢实验和旋转挂片实验，评定了缓蚀阻垢剂HPAA、HEDP、PBTCA、ATMP和EDTMP在模拟循环水中对碳酸钙的阻垢性能和对碳钢的缓蚀性能。在该实验条件下，阻垢性能的强弱顺序为HEDP>PBTCA≈ATMP>EDTMP；HPAA、HEDP、ATMP和EDTMP的缓蚀性能相当，PBTCA较差（药剂投加量均按摩尔浓度计）。 运用量子化学密度泛函（DFT）理论，在B3LYP的6-31G*、6-31G**、6-31+G和6-31++G四个基组水平上，利用Gaussian03软件分别计算了各缓蚀阻垢剂在酸性、中性及碱性环境下的分子（及离子）全优化构型，并计算了相关结构参数，发现几种药剂均在中碱性条件下，以离子的形式发挥缓蚀阻垢性能，羧基和羟基的存在可以提高膦酸基团双键氧原子的亲核Fukui指数，从而有利于缓蚀阻垢剂与金属离子的结合。 运用分子动力学模拟软件Material Studio，分别模拟了缓蚀阻垢剂离子在中性环境中与方解石（104）、（113）、（202）和（102）晶面以及与铁（100）晶面上的相互作用情况，获得了各体系的径向分布函数及结合能、非键作用能等参数，结果发现：各缓蚀阻垢剂均能稳定地吸附于方解石四个晶面及Fe（100）面上，吸附过程以离子键和库仑力作用为主，在方解石各晶面的结合能强弱顺序为：（113）（102）（202）（114）面，计算结果与实验结果一致。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1缓蚀阻垢剂概述

1.1.1缓蚀剂

1.1.2阻垢剂

1.1.3膦系缓蚀阻垢剂

1.2缓蚀阻垢机理概述

1.2.1阻垢作用机理

1.2.2缓蚀作用机理

1.3研究方法简介

1.3.1阻垢性能评定

1.3.2缓蚀性能评定

1.3.3量子化学计算

1.3.4分子动力学模拟

1.4缓蚀阻垢的QSAR研究现状

1.4.1量子化学计算

1.4.2分子动力学模拟

1.5本课题的研究意义及内容

2缓蚀阻垢实验

2.1静态阻垢实验

2.1.1实验原理

2.1.2实验用试剂

2.1.3结果与讨论

2.2旋转挂片实验

2.2.1实验原理

2.2.2实验用试剂

2.2.3结果与讨论

2.3本章小结

3量子化学计算

3.1引言

3.2研究方法

3.2.1模型构建

3.2.2计算方法

3.2.3基组的选择

3.2.4 QSAR方法

3.3结果与讨论

3.3.1前线轨道能量

3.3.2磷原子

3.3.3膦酸基双键氧原子

3.3.4阻垢缓蚀性能小结

3.3.5其它基团对缓蚀阻垢性能的贡献

3.4本章小结

4分子动力学模拟

4.1模型构建

4.1.1缓蚀阻垢剂

4.1.2碳酸钙晶体

4.1.3金属铁

4.2模拟方法

4.2.1模拟力场

4.2.2模拟方法

4.3计算结果与讨论

4.3.1缓蚀阻垢剂的稳定构型

4.3.2分子动力模拟的平衡依据

4.3.3阻垢作用机理探讨

4.3.4缓蚀作用机理探讨

4.4本章小结

结 论

致谢

参考文献

附 录