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。     

阻垢剂HEDP和PBTCA阻垢机理探讨

碳酸钙晶体有3种晶相方解石、球霰石、文石.阻垢剂HEDP(羟基乙叉二膦酸)和PBTCA(2膦酸基丁烷1,2,4三羧酸)对碳酸钙晶体不同晶相的作用效果不同.实验结果表明,HEDP对方解石有很好的抑制作用,而对球霰石和文石则没有明显抑制效果.PBTCA对方解石和球霰石都有很好的抑制作用,对文石作用效果不明显.基于量子化学半经验方法,计算了HEDP和PBTCA的几何构型和分子中各原子所带电荷;由几何匹配理论说明HEDP可以抑制方解石的生长;PBTCA既能抑制方解石的生长,也能抑制球霰石的生长.     

循环冷却水中ATMP与方解石表面相互作用的机制

利用临界pH法,研究循环冷却水中氨基三亚甲基膦酸(ATMP)对CaCO3结晶介稳区增加宽度的影响;用分子模拟研究ATMP在方解石晶面5个生长面(110)、(104)、(102)、(113)和(202)上的优先吸附位点,利用蒙特卡罗方法计算ATMP与方解石不同晶面相互作用的结合能。结果表明:ATMP与方解石晶面上的结合能由大到小顺序为E b(110)E b(113)E b(102)E b(104)E b(202);ATMP低浓度时,各晶面的吸附阻垢作用基本相当,ATMP高浓度时,(102)、(202)晶面对吸附阻垢效果的贡献较大;结合能与在相应晶面上作用后ATMP构型量化参数(能隙ΔE、偶极矩μ和范德华表面体积V VDW)的关系为E b=1.207-0.226ΔE-0.638μ-0.574V VDW(R2=0.995)。     

油田管道阻垢剂阻垢性能及分子动力学模拟研究

为油田筛选高效阻垢剂对保障油田安全生产具有重要的意义。以长庆油田采油一厂某区块的油田水为研究对象，利用静态阻垢实验研究了1-烃基乙烷-1,1-二磷酸（HEDP）、氨基三亚甲基膦酸（ATMP）、聚丙烯酸（PAA）、丙烯酸-马来酸酐共聚物（AA-MA）4种油田常用阻垢剂的阻垢性能。同时利用分子动力学模拟阻垢剂与碳酸钙垢晶体表面相互作用过程，明确造成4种阻垢剂阻垢效率不同的微观机理。结果表明，4种阻垢剂的阻垢效率的大小顺序为HEDP> ATMP>AAMA>PAA；分子动力学模拟得到多元膦酸型和聚合物型阻垢剂都是通过吸附在碳酸钙垢晶体表面，与其发生相互作用，影响晶体有序生长过程，从而实现阻垢作用。阻垢剂与碳酸钙晶体表面的结合能大小不同是影响阻垢效率的关键因素之一。该研究可为同类油田筛选高效阻垢剂提供理论指导。     

一种有机膦——己二胺四甲叉膦酸的Multiwfn研究

己二胺四甲叉膦酸（HDTMPA）是一种有机膦,富含膦酸基团和亚氨基,膦酸基团中氧原子上的孤对电子较多且空间位阻小,常被用于和黏土矿物一起制备复合材料吸附重金属离子。采用Gaussian程序对HDTMPA分子进行结构优化,再使用Multiwfn程序对HDTMPA的原子电荷、静电势、平均离子局域化能、电子定位函数等进行分析,研究其吸附机理以及有机膦的活性位点。分析发现,HDTMPA分子中膦酸基团上的氧原子是活性位点,且P=O上的氧原子比P—OH上的氧原子活性更强。     

新型水处理剂EDDAP阻垢性能的研究(Ⅰ)

本文对合成产物———新型水处理剂乙二胺_N,N′_二乙酸_二甲叉膦酸 (EDDAP)阻碳酸钙垢的性能进行了研究。结果表明 ,EDDAP在阻碳酸钙垢性能方面明显优于HEDP。     

膦酸盐型防垢剂的研制

研究了一种分子结构中含有较多膦酸基的膦酸盐型防垢剂．对这种防垢剂的合成条件进行了正交试验优化．按优化条件合成的防垢剂对碳酸钙垢、硫酸钙垢、硅酸钙垢均有预防作用；在最佳浓度下对碳酸钙和硫酸钙的防垢率接近１００％，对硅酸钙的防垢事可达９０％以上，这种防垢剂溶液对钢铁的腐蚀率低于油田模拟注入水，且对地层无伤害，可用吸附法设置在近井地层中使用．     

半经验分子轨道方法计算吸附分子几何构型的可靠性

运用半经验分子轨道AM1方法计算了金刚石（111）面上乙炔吸附分子的几何构型，通过与相似结构的丙烯分子实验参数的比较，分析论证了半经验分子轨道方法用于碳氢化合物吸附分子几何构型计算的可靠性．     

CVD金刚石膜{100}取向生长的原子尺度仿真

运用动力学蒙特卡洛(KMC)方法从原子尺度对CVD金刚石膜{100}取向在3种不同化学反应模型下的生长进行了仿真.结果表明:(1)以CH3为主要生长组元的生长机制比较适合于{100}取向金刚石膜的生长;(2) 对金刚石{100}取向而言,含有双碳基团的模型沉积速度并不比含有单碳基团的模型沉积速度大;(3)在高的生长速率下仍有可能获得表面粗糙度较小的金刚石膜;(4)对Harris模型的仿真结果与其本人的预测结果一致,并与实验结果符合良好.     

方解石晶体结构及表面活性位点第一性原理

基于密度泛函理论的第一性原理,采用Materials Studio 6.1软件的CASTEP模块对方解石的晶体结构及与水分子及水分子簇的吸附作用进行了研究.结果表明,方解石在参与化学反应时O的活性最强,C和Ca次之;其次确定了最稳定解离面为{101-4}切面,其Ca和O位点与单个水分子形成吸附,且与O位点吸附作用较强,H(H2O)-O(CaCO3)键与H(H2O)-O(H2O)键间形成氢键;{101-4}切面水分子簇相互作用,水分子间及水分子与方解石表面均存在氢键作用,吸附发生在O位点和Ca位点,且主要发生在O位点.     

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。     

碳酸钙热解的“扩展温区效应”——非等温热重法研究MnO_2、CuO、Cr_2O_3对CaCO_3热解的影响

本文采用非等温热重(TG)研究了MnO_2、CuO、Cr_2O_3对CaCO_3热解的影响.TG曲线表明:在CaCO_3中分别掺入上述物质后,CaCO_3热解的起始温度升高,反应温度范围向高温方向扩展,导致CaCO_3热解更完全.本文称之为“CaCO_3热解的扩展温区效应”.     

ADDP改性纳米碳酸钙及其在PP塑料中的应用

用磷酸酯表面活性剂改性纳米碳酸钙，测定了改性前后CaCO3吸油率、接触角、糊粘度、粒径分布的变化情况；考察了聚丙烯中不同的CaCO3填充量对塑料的冲击韧性、断裂伸长率、拉伸强度等性能的影响．结果表明：CaCO3改性后吸油率降低，与水的接触角增大，糊粘度减小，分散粒径变小；改性CaCO3的增加提高了聚丙烯的冲击韧性和拉伸强度。     

固体防垢块中的HEDP粉末的制备

用固体防垢块防止油井结垢,有效期长。为筛选制作这种固体块所需的材料,评价了7种膦酸盐防垢剂,发现羟基乙叉二瞵酸(HEDP)对碳酸钙垢具有较高的防止能力,且热稳定性好。将HEDP防垢剂水溶液由一定浓度的NaOH中和后,经烘干、粉碎,可制得水溶性好、防垢率高的HEDP钠盐粉末;另一种方法是在HEDP水溶液中按n(Ca(OH)₂)/n(HEDP)=1.75的比例加入Ca(OH)₂,经过滤、烘干后,可得到能在水中缓慢溶解的HEDP粉末,其主要成分是Ca₂HEDP。上述两种HEDP粉末同聚乙烯混炼,可制备出固体防垢块。     

CO2释放对碳酸钙过饱和溶液析晶过程的影响

建立了碳酸钙过饱和溶液析晶动力学过程的双参数测量系统 ,该系统可监测碳酸钙析晶速率 ,同时能实时计算CO2 释放速率 ,以用于定量研究溶液中CO2 气体向大气释放对碳酸钙过饱和溶液自发沉淀过程的影响 .研究结果表明 ,碳酸钙析晶过程不是一个孤立过程 ,而是伴随有CO2 气体向大气释放的过程 .这 2个过程彼此影响 :CO2气体的释放使溶液 pH上升 ,从而促使CaCO3 析出 ;而CaCO3 的析出改变了溶液中总碳浓度和总钙浓度的比值 ,从而改变了CO2 的析出速率 .实验获得的可重复的定量数据证实CO2 释放和CaCO3 析晶是不可分割的统一过程 .     

纳米碳酸钙增韧聚氯乙烯复合材料的微结构及界面行为

选择微米、亚微米和纳米级碳酸钙增韧聚氯乙烯复合材料,研究了填料粒度对聚氯乙烯（PVC）复合材料微观结构、材料力学性能及界面行为的影响。结果发现少量CaCO3填充PVC复合材料使体系的加工流动性变好,大粒径颗粒填充PVC复合材料的流动性能更好。纳米CaCO3／PVC复合材料断面出现大量的拉丝结构。采用纳米CaCO3填充PVC可使材料产生脆韧转变,显著提高PVC复合材料的韧性;微米CaCO3对PVC基本上没有增韧作用,拉伸强度随着填充量的增加而下降,而且粒径越大拉伸性能下降的趋势也越大。引入了TPT方程的半经验参数B对不同粒径的CaCO3填充PVC复合材料的界面粘接情况进行定量描述,发现碳酸钙颗粒粒径越小,界面作用越大。     

Molecular dynamics simulation of kink in 〈100〉 edge dislocation in body centred cubic iron

Using the molecular dynamics method,we have constructed two kink models corresponding to the 〈100〉{010} and 〈100〉{011} edge dislocations (EDs) in body centred cubic (bcc) Fe. It is found that the geometric structure of a kink depends on the type of edge dislocation and the structural energies of the atoms sites in the dislocation core region. The formation energies,migration energies and widths of the kinks in different types of EDs are calculated. The results show that formation and migration of the kink in the 〈100〉{010} edge dislocation are difficult. The 〈100〉{011} edge dislocation moves primarily through kink nucleation,rather than kink migration.     

一类非线性波方程的行波解分支

运用平面动力系统分支理论,研究了改进的（1＋1）维色散长波方程组的行波解分支,证明了该方程组存在光滑孤立渡解、扭波解、周期波解．给出了求上述显示精确行波解的方法以及光滑孤立波解、扭波解的显示精确解．