Page 106 - 化学分析与检测技术
P. 106
化学分析与检测技术
Chemical Analysis and Detection Techniques
氢离子扩散行为的影响大于水含量，壳聚糖质子化或石墨烯的加入来改善水合氢
离子在壳聚糖中的扩散行为，指导了壳聚糖石墨烯复合材料的实验。
3. 壳聚糖作为缓蚀剂的模拟
各种工业过程中常常会涉及用盐酸进行清洗，如油井的酸洗、除垢以及酸化
过程，不可避免地会对设备金属合金造成腐蚀和损失，并造成公共资源损失和环
境破坏，因此采取一些防护措施很有必要。最常用的方法之一就是使用缓蚀剂，
但大多数的缓蚀剂是有毒的，在此背景下，壳聚糖及其衍生物作为生态友好型缓
蚀剂受到了广泛关注。基于分子动力学和量子化学计算的理论研究也被用来和实
验结果相佐证，为开发壳聚糖基缓蚀剂材料提供理论指导。
缓蚀剂可以很容易地吸附在金属表面，形成阻止腐蚀的屏障，起到钢铁缓蚀
的作用。通过分子模拟技术能计算出缓蚀剂与金属表面的结合能，从而判断缓蚀
剂的缓蚀效果。Chauhan 等通过密度泛函理论和蒙特卡洛分析表明，壳聚糖与肉
桂醛合成的席夫碱和壳聚糖相比表现出更好的吸附行为，与中性形式的抑制剂相
比，质子化形式的抑制剂显示出更好的吸附行为。Jmiai 等分别计算出壳聚糖和
海藻酸盐分子在铜表面的结合能均为负值，解释了壳聚糖和海藻酸盐分子在铜表
面吸附的自发性，对比研究表明，壳聚糖材料与铜表面的结合能比海藻酸盐的结
合能大，证实了对两种生物聚合物的实验结果。此外，分子模拟技术也可以研究
缓蚀剂分子结构的化学反应性，理解缓蚀效率与分子结构之间的关系。计算分子
的轨道（HOMO 和 LUMO）能量和能隙（∆E）。HOMO 的能量通常与分子失去
电子的能力有关，较低的负 HOMO 能和较低的能隙反映了缓蚀剂与金属表面之
间的强烈相互作用，从而判断缓蚀效果。
4. 壳聚糖用于水处理中的模拟
近年来，壳聚糖作为新型的天然高分子絮凝剂和吸附剂，因其无毒性、生物
可降解性等优异性能，受到越来越多研究者的关注，被广泛应用到水处理领域。
使用分子模拟技术分析溶质和壳聚糖吸附剂的相互作用，可以从分子或原子水平
上理解吸附过程和吸附机理，预测反应位点以及反应活性。量子化学参数提供了
所有 EB 形式的相对反应性行为，此外，分子间的相互作用和福井函数有助于预
测聚合物分子中吸附的位点。
为了探究工业尾矿处理中多种类型的聚合物一起使用来增加絮凝作用的机
理，Sun 等进行了一系列的分子动力学模拟，利用 CLAYFF 力场在 300K 的 NPT
·90·
