有机阻垢剂分子设计始于上世纪90年代。1991年，Black和Bromley等人用分子设计 方法设计和合成了控制硫酸钡晶体生长的阻垢剂，并在近海油田获得成功应用，成为水处理 剂分子设计的第一个成功实例。硫酸钡阻垢剂分子设计主要基于“几何匹配”理论,即当有 机分子中的有效阻垢基团间距与硫酸钡晶体表面上的钡离子间距相等时，有机分子就具有阻 垢效果。MSI公司在此基础上开发了可用于阻垢剂分子设计的商业软件，该软件可以用来研 究有机阻垢剂分子在无机晶体表面的几何匹配性。 然而B.Bendiksen和J.S.Gill在96年Corrosion年会上的报告认为“几何匹配”理论无 法完全解释碳酸钙阻垢剂的分子模拟计算结果。困难在于当孤立考虑有机阻垢剂分子结构和 水垢晶体表面结构时，无法深入探讨阻垢剂在晶体表面的吸附特征。 本文在“几何匹配”的基础上，用分子模拟方法对有机阻垢剂分子在水垢晶体表面的平 衡儿何结构和吸附位置进行优化，获得了全新的吸附图像。由于把阻垢剂和晶面联系在一起 考虑，我们可以分析阻垢剂在晶面的吸附细节。 我们采用了分子力学方法来优化计算阻垢剂分子在晶体表面吸附时的几何结构。计算过 程中，晶体中所有原子的三维坐标位置是固定的。而有机阻垢剂分子处于水解状态的，即其 功能基团如膦酸基团上的两个氢已经离解。由于功能基团上的氧原子是负电性的，会与晶面 上带正电的阳离子，如钙离子发生强烈的静电吸引。这些强烈相互吸引的钙-氧对我们称之 为吸附点。 对HEDP(羟基乙叉二膦酸)在方解石{104}面的几何结构和吸附位置的优化结果表明， HEDP上两个瞵酸基团中各两个氧原子，即共四个氧原子分别与方解石{104}面上的四个钙 离子很接近，相互之间具有强烈的静电吸引作用。这一库仑势能是有机阻垢剂得以吸附到品 体表面的主要贡献者。这样，四对钙-氧形成了四点吸附的稳定结构。我们称这种吸附模式 为“四点匹配吸附”。 原子力显微镜实验观察到方解石{104}面上存在单分子台阶。因此，我们也计算了HEDP 在方解石{104}面台阶的吸附位置和吸附形态。吸附图像显示这时的吸附形成了“五点匹配” 的稳定结构。而HEDP在方解石{104}面台阶扭折点的吸附则形成了“六点匹配”的稳定结 构。 HEDP在上述三种位置的吸附能分别约为-5eV,-7eV和-20eV，说明在“多点匹配” 模型中，匹配点越多，吸附能越大。我们的计算结果说明HEDP更易于吸附到方解石{104} 面台阶扭折点处，这与原子力显微镜实验观察到的实验结果相一致。 影响“多点匹配”的因素非常复杂，包括有机阻垢剂分子的功能基团类型、数目、键合 位置，以及水垢晶体表面的结构。对这些因素的分析可以为阻垢剂分子设计提供依据。