軟硬垢生長機制的分子動力學研究.pdf

1、在工業(yè)用水和日常生活用水運行過程中，水垢在管壁的沉積帶來大量經(jīng)濟和技術(shù)問題。工業(yè)上一般采用化學阻垢法和物理阻垢法對水垢進行處理，化學阻垢法容易引起環(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)的研究及評定工作主要依賴于實驗數(shù)據(jù)的采集和理論上的推測，誤差比較大，所以需要引入一種新的研究方法，使實驗和理論可以很好的銜接。
　　本研

2、究工作采用動力學方法(molecular dynamics,MD)對垢中的主要成分——碳酸鈣晶體的生長動力學進行了研究，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)晶機理。論文主要包括三個部分內(nèi)容：首先充分調(diào)研現(xiàn)有磁防垢實驗及機理的研究現(xiàn)狀，制定了模擬方案；其次構(gòu)建碳酸鈣水溶液模型，并對方解石水溶液和文石水溶液進行分子動力學模擬，獲得了碳酸鈣水溶液中 Ca2+、CO32-離子的動力學信息；最后計

3、算了自擴散系數(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，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將計算得到的方解石水溶液和文石水溶液中Ca2+和CO32-離子的擴散系數(shù)圖進行對比分析，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，相當于CaCO3的密度有所降低，說明文石水溶液中水分子團簇結(jié)構(gòu)被打破，此時晶核不容易長大，形成松軟水垢，隨水流走。④對比 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