[發明專利]一種基于密度泛函理論的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑設計方法

在審

• 申請號: 202210168228.6
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114547891A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李靜;莊恩德;羅莫淞;陳正;余波;兀婷
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;C04B22/08;C01F7/784;C04B103/61
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產權代理有限公司 45104
• 代理人: 黃永校

一種基于密度泛函理論的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑設計方法，包括以下步驟：(1)通過建立層狀雙金屬氫氧化物超晶胞模型，基于密度泛函理論對比分析氯離子、具有緩蝕性能的陰離子與層狀雙金屬氫氧化物層板的結合能，篩選出具有高效捕捉氯離子性能的層狀雙金屬氫氧化物；(2)通過建立鐵表面超晶胞模型，基于密度泛函理論計算具有緩蝕性能的陰離子與鐵表面的相互作用及穩定性，優選出對鋼筋具有優異阻銹性能的陰離子；(3)結合(1)和(2)計算結果，設計出同時具有高效捕捉氯離子性能和優異阻銹性能的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑。

技術領域

本發明涉及鋼筋混凝土結構阻銹劑的技術領域，具體是一種基于密度泛函理論的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑設計方法。

背景技術

海洋環境中，氯離子引起鋼筋銹蝕是普遍存在并且很難解決的問題，每年因鋼筋銹蝕造成了大量的經濟損失。摻入鋼筋阻銹劑是抵御鋼筋銹蝕的有效途徑之一，鋼筋阻銹劑具有操作簡單、成本低、效果好等特點被廣泛應用于鋼筋混凝土結構中。層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)具有氯離子捕捉性能和負載具有緩蝕性能的陰離子等優點，在鋼筋混凝土防腐領域具有巨大潛力。許多研究表明，合適的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑具有捕捉混凝土環境中游離氯離子和釋放具有緩蝕性能的陰離子雙重阻銹效果。

當前研究層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑流程：先嘗試合成具有緩蝕性能的陰離子插層層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑樣品，再對合成的樣品進行物相分析和微觀結構分析，最后采用電化學實驗測試樣品的阻銹能力和采用等溫吸附試驗驗證其對氯離子的捕捉能力。公認的層間離子交換順序為NO₃^-＜NO₂^-＜Cl^-＜OH^-＜SO₄^2-≤CO₃^2-，大量有機、無機的具有緩蝕性能的陰離子的交換順序尚未確定，若合成的層狀雙金屬氫氧化物不能釋放具有緩蝕性能的陰離子，則意味著實驗失敗。因此這種基于大量的實驗篩選層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑方法實驗周期長、目標盲目且容易造成實驗資源浪費，不利于推進層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑的研究和應用。

發明內容

針對以上問題，本發明提出一種基于密度泛函理論的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑設計方法，從預測層狀雙金屬氫氧化物的陰離子結合能力和緩蝕性陰離子對鐵表面的保護作用出發，設計出具有高效捕捉氯離子能力且對鋼筋具有優異阻銹性能的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于密度泛函理論的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑設計方法，包括以下步驟：

S1：通過建立層狀雙金屬氫氧化物超晶胞，基于密度泛函理論對比分析氯離子、具有緩蝕性能的陰離子與層狀雙金屬氫氧化物層板之間的結合能，初步篩選出具有高效捕捉氯離子性能的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑；

S2：通過建立鐵(100)表面或鐵(110)表面超晶胞模型，基于密度泛函理論計算具有緩蝕性能的陰離子與鐵表面之間的相互作用，計算在鐵表面吸附緩蝕性陰離子后對氯離子的吸附作用，驗證緩蝕性陰離子與鐵表面作用的穩定性，對比分析陰離子種類對鐵表面抗蝕性能的影響規律，優選出對鋼筋具有優異阻銹性能的陰離子；

S3：結合步驟S1和S2中的計算結果，設計出對氯離子具有高效捕捉性能且對鋼筋具有優異阻銹性能的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑。

步驟S1所述層狀雙金屬氫氧化物超晶胞為2×2×1～8×8×1之間，二價金屬陽離子與三價金屬陽離子的比例范圍在2～8之間。

步驟S1所述具有高效捕捉氯離子性能的層狀雙金屬氫氧化物鋼筋阻銹劑應滿足具有緩蝕性能的陰離子與層狀雙金屬氫氧化物層板的結合能數值大于氯離子與層狀雙金屬氫氧化物層板的結合能數值。