基于分子模拟方法的HEDP阻垢机理研究

运用分子模拟的计算方法，模拟了羟基亚乙基二膦酸（HEDP）分子在方解石{104}面上扭折点处的吸附，以及方解石{104}面上扭折点附近碳酸钙分子的沉积过程．计算结果清楚地表明，HEDP分子的膦酸基团中的负电基团与方解石晶体扭折点处的Ca^2＋发生了强烈的静电作用，使HEDP分子牢固地吸附在扭折点上，从而抑制了碳酸钙分子的沉积，并阻断了扭折点处碳酸钙分子的快速生长．分子模拟计算证实HEDP的阻垢效果来自扭折点的吸附．     

硅凝胶体系中碳酸钙晶体生长实验

为了得到不同晶型的碳酸钙晶体，采用凝胶法生长出了碳酸钙的三种同质异象体：方解石、文石、球霰石．讨论了反应物浓度和杂质离子（Na^＋）对碳酸钙晶体生长的影响．结果表明：通过改变反应物浓度和利用不同的反应物可以生长出不同晶型的碳酸钙晶体．同时，利用原子力显微镜对生长的方解石晶体表面的形貌观察发现：晶体生长是以台阶簇（大台阶）的方式推进，不同高度的堆垛层错呈现在表面上．     

水／乙二醇混合溶剂中微波辅助合成碳酸钙

在水/乙二醇混合溶剂中,通过微波辅助加热的方法,研究溶液过饱和度对碳酸钙成核生长的影响。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)对所得的样品进行了表征。结果表明,过饱和度的改变对碳酸钙形貌和晶型具有非常明显的影响,分别获得了菱面体状方解石、纤维捆扎状文石、松树枝状球霰石为主体的碳酸钙晶体。     

不同矿化时间下水杨酸对碳酸钙晶体生长的影响

以有机小分子水杨酸为添加剂对碳酸钙晶体的生长进行调控,并用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TGA)方法对碳酸钙晶体的晶型和形貌进行了表征。结果显示,当pH值为7.0,加入0.04 mmoL水杨酸时,反应6小时和12小时后碳酸钙晶体的晶型为球霰石和方解石的混合晶型;而当矿化时间延长到24小时后,球霰石的晶型几乎消失,产物基本为方解石。     

碳酸钙材料的形貌调控

以硝酸钙、脲作为原料,采用水热合成法,使用苯基膦酸(PPA)作为添加剂合成了具有规则六方柱形貌的球霰石晶相碳酸钙材料,并利用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和X射线粉末衍射(XRD)对碳酸钙材料的形貌、组成和结构进行了表征.系统地研究了苯基膦酸作为添加剂以及不同脲用量对材料形成的影响,并初步探讨了碳酸钙材料可能的形成机理.苯基膦酸作为添加剂在碳酸钙材料的合成过程中起到控制钙离子沉淀速度的作用,随着脲用量增加所造成合成体系pH值的升高,材料的形貌、组成及结构也随之发生了相应的变化,最终得到具有规则六方柱形貌的球霰石晶相碳酸钙材料.这种具有特殊形貌的球霰石晶相碳酸钙材料可能会在生物、医药等领域具有潜在的应用前景.     

CaCO3软垢的成因

依据实验观察和理论计算分析，研究了添加化学阻垢剂使水垢软化的物理机理、实验研究表明：方解石晶粒聚集时形成坚实的硬垢，球霰石聚集时形成松软的软垢；根据球霰石聚集形成的垢体结构，首次提出了球霰石问的聚集是软垢形成的主要机制．实验观察表明：添加阻垢剂有效地抑制了方解石晶核的生成几率，从而提升了球霰石在析出物中所占的比例，因而促成了水垢的软化、分子模拟研究和结构分析揭示，阻垢剂只能有效地抑制具有层状生长机制的晶面，即F平面的生长，而不能有效地抑止K晶面的生长，这为阻垢剂促成球霰石生成几率提高提供了理论根据．     

有机膦酸化合物阻垢缓蚀性能的量子化学研究

通过量子化学计量，探讨了乙烷－1，1－二膦酸（1，1－EDPA）、乙烷－1，2－二膦酸（1，2－EDPA）与羟基乙叉二膦酸（HEDP）三种结构相似的有机膦酸阻垢缓蚀剂分子结构与阻垢缓蚀性能之间的构效关系。计算结果显示，在阻垢性能方面，三种膦酸分子膦羧基团中氧原子呈负电性，这使得膦羧基易与晶面上的钙离子发生静电交互作用。且1，1－EDPA与HEDP分子中两个膦氧离子间距与方解石有关晶面上钙离子间距匹配，因而显著加强了阻垢剂分子与特定晶面的吸附行为，起到了碳酸钙晶体的阻垢效能，而1，2－EDPA不具有匹配的特征。在缓蚀性能方面，计算得到的三种分子最高占据轨道能量从高到低依次为1，2－EDPA；HEDP；1，1－EDPA。配合计算膦羧基团中膦中心原子对前线轨道电子云密度分布的贡献、磷原子2p轨道电子的富集程度，通过分析缓蚀剂分子与金属形成配价键的难易性，探讨了这三种有机膦酸分子缓性能差异的微观成因。     

碱环境下单碳型水化碳铝酸钙加速碳酸化机理

单碳型水化碳铝酸钙是钢渣水化后的矿物之一．通过X射线衍射、热重分析、傅里叶红外光谱以及场发射扫描电镜对单碳型水化碳铝酸钙在碱环境下加速碳酸化的矿物衍变进行了分析．结果表明,不同碱浓度下单碳型水化碳铝酸钙加速碳酸化的主要产物为方解石、文石、球霰石和无定形的含铝矿物．随着碱浓度的增加,方解石析晶先受到促进后被抑制;文石析晶先被抑制后受到促进;球霰石析晶则一直被抑制且形成的晶体结构不稳定．在碱浓度为1 mol/L,即pH为14时,单碳型水化碳铝酸钙经碳酸化处理几乎不生成文石,而在碱浓度为0.01 mol/L,即pH为12时,单碳型水化碳铝酸钙碳酸化反应后生成针棒状文石晶体．     

氨基酸混合溶剂体系中碳酸钙晶体的制备

以CaCl2和Na2CO3为原料在不同反应条件下制备碳酸钙,首先在65℃恒温下用DMF和超纯水为混合溶剂(1:1),用不同浓度L-精氨酸作为碳酸钙结晶的调控剂,显示当L-精氨酸的浓度为0.04 mol/L时得到的碳酸钙是方解石型,浓度为0.02mol/L是方解石、球霰石及文石的混合体系,当浓度为0.08moL/L时是方解石和文石的混合体系.另外用DMF和超纯水为混合溶剂、0.04 mol/L L-精氨酸作为调控剂,结果显示温度为65℃时所得碳酸钙是方解石型,温度为85℃时得到的是方解石和球霰石的混合体系.研究结果表明L-精氨酸浓度和反应温度的改变对碳酸钙的晶体生长过程有十分重要的影响.     

有机膦酸羧酸型水质稳定剂的研究——Ⅰ.2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸的缓蚀阻垢作用

用旋转挂片失重法、腐蚀电化学测试方法,评定有机膦酸羧酸型水质稳定剂2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)在中性水介质中对碳钢的缓蚀性能,并采用近代表面分析手段,对PBTCA在碳钢表面上形成保护膜的元素三维成分分布、原子结合状态及成膜机理进行了研究。结果表明,PBTCA与Zn~(2+)具有明显的缓蚀协同效应,络合沉淀膜Zn(Ca)(Ⅱ)-PBTCA-Fe(Ⅲ)能有效地抑制碳钢腐蚀。静态、动态阻垢实验的结果表明,PBTCA具有优异的抑制钙垢沉积的作用。显微摄影术、X-射线衍射仪对钙垢从空白溶液中及含PBTCA水溶液中沉积后的晶体形貌及结构的比较,证明了PBTCA对CaCO_3、CaSO_4·2H_2O晶体成核过程的干扰及其晶格歪曲作用。实验结果说明PBTCA是一种有开发和应用前途的兼具缓蚀阻垢性能的有效的水质稳定剂。     

腐植酸钠与含磷阻垢缓蚀剂复配产品的性能研究

研究了腐植酸钠(HA-Na)与市售的含磷阻垢缓蚀剂复配产品的阻垢和缓蚀性能。结果表明,在相同药剂用量的条件下,用质量分数为50%的腐植酸钠与50%的HEDP或PBTCA复配,产品的阻碳酸钙垢性能和对碳钢的缓蚀性能分别与100%的HEDP或PBTCA的性能基本一致,说明用腐植酸钠可以取代这些含磷阻垢缓蚀剂的50%(以质量分数计)。     

常用阻垢剂性能的极限碳酸盐硬度法评定

本文介绍了极限碳酸盐硬度法的作用原理及应用价值。此方法主要是利用其原理找出体系的结垢点,通过比较结垢点对应的浓缩倍数K,对HEDP、PBTCA、ATMP、POCA、HPMA、T-225等阻垢剂进行阻垢性能评定。由实验结果表明用极限碳酸盐硬度法来评定用到的设备简单,操作简便,时间较短、简单实用。     

高温水中阻垢剂阻垢性能及影响因素

采用静态法评价了高温(100℃)水中几种阻垢剂的阻垢性能及其影响因素。结果表明,阻垢剂2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)明显优于多元醇膦酸酯(PC-604)和羟基乙叉二膦酸(HEDP),HEDP与PBTCA复配明显优于与PC-604复配。HEDP与PBTCA复合配方对体系pH值、Ca²⁺和HCO^-₃浓度变化有一定适应性,且比PBTCA经济。     

单分散纳米碳酸钙的制备和表征

采用微乳液法,利用Ca(NO₃)₂和Na₂CO₃在微乳液界面处发生反应,制备得到了分散性良好,尺寸大小为10nm左右的纳米碳酸钙。实验发现,油酸含量对碳酸钙分散性有重要影响,当油酸含量是碳酸钙质量的2.5%时,所制备的颗粒分散性良好。XRD检测结果表明,所得碳酸钙产品主要包含球霰石和方解石两种晶型;热重（TG）和差热（DSC）分析表明：包覆在纳米碳酸钙表面的改性剂质量分数与加入的油酸的量相吻合,这证明了油酸基本包覆在了碳酸钙粒子表面,从而改善了碳酸钙的分散性。     

聚天冬氨酸及其与膦系水处理剂复合的阻垢缓蚀研究

研究了聚天冬氨酸及其与膦系水处理剂(HEDP、PBTCA、DETPMP)复合的阻垢缓蚀性能。结果表明,聚天冬氨酸与膦系水处理剂复合比单独使用聚天冬氨酸具有更好的阻垢缓蚀性能,是一种高效、低磷、可部分生物降解的水处理剂。     

碳酸钙超细粒子的制备

本文用不同的方法合成了由微米级到纳米级粒径不等的方解石型和文石型碳酸钙超细粒子，并对其各种的物理性质和结构进行了测定和表征。结果表明：随着粒径的减少，方解石微晶的完整性逐渐趋于破坏，结晶程度逐渐降低，而文石的软团聚性却逐渐趋于增强；并且粒径越小，碳酸钙超细粒子分解温度越低，活性越强。另外，本文还对方解石型和文石型碳酸钙超细粒子的形成机理和粒径控制进行了探讨，着重研究了温度、干燥方法和搅拌速率对超细粒子粒径的影响。并从结晶热力学的角度，分析了通常情况下制备文石型碳酸钙超细粒子的可行性。