有机膦系抑制方解石阶梯面生长的分子动力学研究

陈春钰，门丽娟，居殿春，郭 雷，姚富升，张 琪，俞鸿宇

（江苏科技大学张家港校区冶金与材料工程学院，江苏张家港215600）

现代工业采用的冷却水中随着水分的不断蒸发、浓缩，水中存在的Ca2+、Mg2+、CO32-、SO42-、SiO32-等无机离子浓度逐渐增大，会出现无机物结垢、金属腐蚀及由此衍生的微生物滋生等问题［1-3］，使得冷却水的传热效率大大降低，设备正常的热交换受到阻碍，严重威胁生产安全，影响企业的经济效益［4-6］。阻垢剂能够减缓和抑制水垢产生与生长，在循环冷却水处理中，含磷类聚合物阻垢剂是较为常用的阻垢剂，但极易水解［7-8］。若滥用含磷阻垢剂，会引起蓝藻爆发、赤潮等环境问题［9-10］。因此，人们开发出一些新型有机膦系阻垢剂来弥补这一缺陷。目前国内外阻垢剂的研发、筛选仍依赖于实验或经验外推，效率低且易造成资源、经济的浪费，根源在于阻垢剂的理论机理尚未弄清［11-12］。

Gill等［13］提出了“空间匹配理论”，认为阻垢剂与成垢晶体之间的相互作用主要是库仑力，二者功能基团之间的空间距离越接近则药剂的阻垢性能越好；刚性结构的阻垢剂分子对某种特定的晶垢起作用，而柔性结构的分子可对多种晶垢起作用。Shi等［14-15］运用该理论对阻垢剂的作用机理作了进一步研究，取得了一定的成果，并根据理论模型设计出了具备优良阻垢性能的冠醚类药剂。Marine等［16］采用MC模拟研究硅酸盐聚合早期的变量和扩散系数等，并取得了相关成果。Franca等［17］用羧酸基团取代膦酸基团，并比较膦酸基团的减少对阻垢的影响，也提出抑制能力取决于结构的不同及其他阳离子的存在，这些变化会改变阻垢剂的化学环境和配位强度。……