軟硬垢生長機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、在工業(yè)用水和日常生活用水運(yùn)行過程中，水垢在管壁的沉積帶來大量經(jīng)濟(jì)和技術(shù)問題。工業(yè)上一般采用化學(xué)阻垢法和物理阻垢法對(duì)水垢進(jìn)行處理，化學(xué)阻垢法容易引起環(huán)境污染，造成管道腐蝕。近年來，磁場阻垢作為一種物理方法日漸被應(yīng)用于工業(yè)阻垢，且效果顯著。但由于水系統(tǒng)千差萬別，統(tǒng)一的阻垢理論至今未被解決。磁場阻垢技術(shù)的研究及評(píng)定工作主要依賴于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和理論上的推測(cè)，誤差比較大，所以需要引入一種新的研究方法，使實(shí)驗(yàn)和理論可以很好的銜接。
　　本研

2、究工作采用動(dòng)力學(xué)方法(molecular dynamics,MD)對(duì)垢中的主要成分——碳酸鈣晶體的生長動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，從微觀角度分析了水垢的主要成分CaCO3的同質(zhì)異構(gòu)晶型方解石（硬垢）和文石（軟垢）的結(jié)晶機(jī)理。論文主要包括三個(gè)部分內(nèi)容：首先充分調(diào)研現(xiàn)有磁防垢實(shí)驗(yàn)及機(jī)理的研究現(xiàn)狀，制定了模擬方案；其次構(gòu)建碳酸鈣水溶液模型，并對(duì)方解石水溶液和文石水溶液進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲得了碳酸鈣水溶液中 Ca2+、CO32-離子的動(dòng)力學(xué)信息；最后計(jì)

3、算了自擴(kuò)散系數(shù)，徑向分布函數(shù)，分析了方解石和文石的結(jié)合能的變化以及防垢的實(shí)質(zhì)。結(jié)果表明：①水分子活性隨溫度升高呈整體上升趨勢(shì)，333K溫度下方解石水溶液和文石水溶液的水分子活性均降低，說明此溫度下Ca2+、CO32-最容易結(jié)晶形成CaCO3。②將計(jì)算得到的方解石水溶液和文石水溶液中Ca2+和CO32-離子的擴(kuò)散系數(shù)圖進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)：常溫下，方解石較文石易于結(jié)晶。③從兩溶液中的Ca2+、CO32-離子、水分子的徑向分布函數(shù)圖可以看出：

4、文石水溶液中各分子徑向分布函數(shù)第一、二峰高度均明顯降低，相當(dāng)于CaCO3的密度有所降低，說明文石水溶液中水分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)被打破，此時(shí)晶核不容易長大，形成松軟水垢，隨水流走。④對(duì)比 Ca2+和CO32-離子與方解石和文石晶面的結(jié)合能，發(fā)現(xiàn)離子與方解石晶面結(jié)合能較文石晶面大0.02 kcal/mol，說明方解石是碳酸鈣的穩(wěn)定晶型，亞穩(wěn)態(tài)文石晶型最終將轉(zhuǎn)化為方解石晶型，所以，不管是磁防垢，電場防垢或是其它的除垢技術(shù)外界提供的能量值至少需在此能量