循环冷却水系统中缓蚀阻垢剂的缓蚀阻垢机理的量子化学研究及其应用

摘要

运用量子化学计算的密度泛函理论，在B3LYP/6-31G的水平上，系统研究了多氨基多醚基甲叉膦酸PAPEMP在不同聚合度下(n=2、3、5、7)，HEDP、ATMP、DTPMP、PAPEMP、K6HDTMP、EDTMP、BHMT这七种甲叉膦酸缓蚀阻垢剂以及PBTC和绿色缓蚀阻垢剂PESA、PASP分子结构与阻垢性能和缓蚀性能之间的构效关系。结果表明，甲叉膦酸缓蚀阻垢剂分子中的氮原子和膦羧基团上的氧原子以PESA分子中羧基基团上的氧原子和PASP分子中的羧基基团上的氧原子和氨基基团上的氮原子上的负电荷密度比较大，这使得氮原子和氧原子易与垢晶体中的钙离子发生库仑静电相互作用，如果氮原子和氧原子间距与方解石晶体生长面上的钙离子对间距相匹配，将显著增强阻垢剂分子与特定晶面的Coulomb吸附行为，诱导垢晶体发生畸变，有效阻止其生长。 本文还利用半经验(PM3)方法对缓蚀阻垢剂分子进行势能扫描，得出分子能量和二面角改变的关系，研究了分子柔性、刚性对缓蚀阻垢剂阻垢性能的影响。并且研究了分子结构、电子结构和缓蚀性能的关系，研究表明，缓蚀效率和分子的最高占据轨道能量、最低空轨道和最高占据轨道能量差AE(ELUMO-EHOMO)有很好的相关性，可以认为缓蚀剂分子在金属表面通过亲核作用与金属作用而形成吸附膜，也可以是氮或氧原子提供电子与金属发生作用的。最后研发了以PESA为主剂，以膦羧酸化合物和少量锌盐为缓蚀剂的新型绿色水处理剂，它具有可生物降解，含磷量低；缓蚀阻垢性能达到传统的含磷的碱性水处理剂应用于冷却水循环系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1前言

1.1缓蚀阻垢剂的分类简介及阻垢机理

1.2阻垢机理

1.3国内外阻垢缓蚀剂的研究现状和发展趋势

第二章阻垢缓蚀剂的量子化学研究的简介以及其发展历程

2.1前言

2.2阻垢作用机理

2.3缓蚀作用机理

2.4量子化学计算方法简介

2.41从头算(abinitio)方法

2.4.2密度泛函理论(DFT)方法

2.4.3半经验(semi-empirical)方法

2.5研究内容

2.6拟解决的关键问题

2.7计算方法的选用

2.8研究意义

第三章多氨基多醚基四亚甲基膦酸的量子化学阻垢机理研究

3.1计算方法的选用

3.2结果和讨论

3.2.1几何构型

3.2.2电子结构

3.2.3 PAPEMP不同聚合度分子的空间尺度

3.2.4缓蚀性能分析

3.2.5小结

第四章七种甲叉膦酸缓蚀阻垢剂的阻垢机理量子化学研究

4.1引言

4.1.1研究方法的理论依据

4.1.2研究目的

4.2计算方法

4.2.1分子空间结构

4.3 原子的空问电荷分布

4.4原子空间尺度

4.4.1阻垢剂分子阻垢机理的小结

4.5阻垢剂分子的柔性、刚性与阻垢性能的关系

4.6缓蚀阻垢剂的前线轨道能量和阻垢率的关系

4.6.1七种甲叉膦酸盐缓蚀阻垢剂的前线轨道能量

4.6.2七种分子的量子化学计算预测阻垢缓蚀剂的阻垢性能结果

4.7碳酸盐沉积法对七种缓蚀阻垢剂的试验

4.7.1实验方法

4.7.2试剂

4.7.3制备

4.7.4标定

4.7.5计算

4.7.6氯化钙标准溶液

4.7.7标定

4.7.8计算

4.7.9水处理剂试样涪液、仪器和设备

4.7.10试样溶液的制备以及空白试液的制备

4.7.11分析步骤

4.7.12分析结果的表述以及允许差

4.8七种阻垢剂单体的阻碳酸钙垢率

4.9甲叉臃酸盐阻垢剂的阻垢剂性能特点

4.10结论

第五章PBTC与绿色缓蚀阻垢剂PESA、PASP的缓蚀阻垢机理的量子化学研究

5.1引言

5.2三种缓蚀阻垢剂分子的3D空间结构圈

5.3分子的原子上的净电荷

5.4阻垢性能分析

5.5三种分子上原子间的空间尺度

5.6三种分子能量和二面角的关系

5.7三种缓蚀阻垢剂分子的前线轨道能量和阻垢率的关系

5.8碳酸钙阻垢试验

5.9小结

第六章 应用量子化学对绿色药剂PESA配方的筛选

6.1朴充水质

6.2方案设计

6.3阻碳酸钙垢和稳定锌离子性能试验

6.4试验小结

6.5静态试验报告

6.6碳酸钙阻垢试验

6.7稳定锌试验

6.8磷酸钙阻垢试验

6.9杀菌剂对阻垢性能影响试验

6.10结论

6.10.1附时间-污垢热阻曲线圈6-5

6.11小结

第七章结论

参考文献

致谢