羧甲基葡聚糖调控碳酸钙垢沉积与粘附的抑制机制研究及其工业应用价值

【编辑推荐】本研究首次通过实验与分子动力学(MD)模拟相结合的方法，系统揭示了羧甲基葡聚糖(CMD)通过羧基强极性吸附CaCO3晶体活性位点、诱导方解石碎裂转化为球霰石、形成离子隔离屏障的三重抑垢机制，为工业循环水系统绿色高效抑垢剂开发提供新思路。

　　

Highlight

CMD展现出作为高效环保型阻垢剂的显著潜力。本研究首次通过实验与理论相结合的方法，阐明了CMD在表面沉积过程中对CaCO₃垢的抑制机制，为其工业应用提供了重要理论指导。

主要研究发现

1. 1.

   CMD在600 mg·L^?1 CaCO₃溶液中仅需4 mg·L^?1即可实现高效阻垢

2. 2.

   通过SEM和XRD分析发现，CMD能诱导菱面体方解石晶体碎裂、促使其向球霰石转化，并将大晶体分解为粗糙片状结构

3. 3.

   MD模拟揭示：CMD分子链上的羧基通过强极性吸附于CaCO₃晶体活性生长位点，在游离成垢离子间形成致密隔离屏障

Conclusions

CMD通过三重作用机制实现高效抑垢：

(1) 晶体形貌调控：破坏方解石稳定结构，促进亚稳态球霰石形成

(2) 空间位阻效应：羧基吸附形成离子迁移屏障

(3) 晶面选择性抑制：干扰Ca²⁺和CO₃^2?在活性晶面的有序排列

该研究为开发新一代生物基绿色阻垢剂提供了分子设计基础。