【摘 要】
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通过添加阻垢剂来抑制难溶性盐类结晶析出的化学法,因其方便、经济高效的优点而广泛应用于工业循环水、海水淡化、锅炉、地热资源开发以及油气田生产开采等众多工业部门,但因
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通过添加阻垢剂来抑制难溶性盐类结晶析出的化学法,因其方便、经济高效的优点而广泛应用于工业循环水、海水淡化、锅炉、地热资源开发以及油气田生产开采等众多工业部门,但因涉及扩散、吸脱附、晶体生长以及配位等复杂的物理化学过程,其机理尚未搞清楚。国内外阻垢剂的研发及性能评定仍依赖于实验或经验外推法,易造成时间、人力、物力的浪费,因此迫切需要理论的指导。本文通过计算机模拟的方法,从理论上分析探讨了阻垢剂与方解石晶面相互作用的机理,以期为新型阻垢剂的设计与开发提供理论指导。鉴于目前市场上广泛使用的聚羧酸类阻垢剂,本文模拟了其与方解石晶面的相互作用。结果表明,聚丙基丙烯酸甲脂(PPA)能有效地阻止、在方解石晶面的吸附,从而达到阻垢的效果,且其中部链基阻垢效果比端部链基阻垢效果好。本文还对不同聚合度(n=1~10)的PPA分子与方解石晶面的相互作用进行了比较,研究表明,PPA分子的阻垢性能随着聚合度的增加而增大,其中聚合度为8的PPA分子的阻垢性能最佳,当聚合度大于8时PPA分子在反应过程中的形变较大,但阻垢效果有所下降。金属离子对碳酸钙垢晶的成核及生长具有显著影响。在水溶液中存在的众多离子中( Mg 2+、Ba2+、Mn2+、Sr2+),以Mg2+对碳酸钙结晶影响的研究最为广泛,但采用的都是实验方法。本文采用分子动力学方法模拟了方解石晶体两个晶面在相同的条件下(同一晶面上各离子的初始位置相同、模拟的外界条件相同)与Mg 2+及Ca2+的相互作用。计算结果表明: Mg2+能有效的抑制方解石晶体的成核及生长。方解石晶面对Mg2+的结合强度大于Ca 2+ ,因此容易对Mg 2+产生优先吸附,形成掺Mg2+的CaCO3晶体,从而导致方解石晶体发生扭曲变形,达到阻垢效果。
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