Classificazione e meccanismo d'azione degli inibitori di scala

Lo scaling è un problema comune nella produzione industriale e nello sviluppo energetico, specialmente nell'iniezione d'acqua dei giacimenti petroliferi, nel sistema di acqua di raffreddamento circolante e nella conduttura di drenaggio dei tunnel. La deposizione di scala porterà a una riduzione dell'efficienza delle attrezzature, al blocco delle condutture e persino ai rischi per la sicurezza. Gli inibitori di scala inibiscono il processo di scaling attraverso la solubilizzazione della chelazione, la distorsione e la dispersione del reticolo e sono diventati una delle soluzioni più economiche ed efficaci. Tuttavia, gli inibitori di scala tradizionali (come la fosfina organica) hanno problemi come l'inquinamento ambientale e la scarsa resistenza alla temperatura. Lo sviluppo di inibitori di scala verdi ed ecologici e formule composite multifunzionali è diventato un punto caldo della ricerca.

Tipi principali:

Gli inibitori di scala possono essere suddivisi nelle seguenti categorie in base alla loro struttura chimica.

1. Inibitori di scala organofosfina, come aminotrimethylenephosphonic l'acido (ATMP). Il principale meccanismo d'azione è la distorsione reticolare indotta dalla chelazione, i gruppi di acido fosfonico inibiscono la nucleazione cristallina chelando Ca2 + e gli effetti di adsorbimento superficiale cambiano il percorso di crescita del cristallo. HEDP anionico produce un effetto di ostacolo sterico mediante repulsione elettrostatica, inibendo efficacemente l'agglomerazione di microcristalli. La stabilità ad alta temperatura è notevole. HEDP rimane stabile in un ambiente di 250 ℃. La struttura speciale del legame C-P conferisce al materiale un'eccellente resistenza all'idrolisi. Questo tipo di composto ha molteplici funzioni. Non solo può formare un film protettivo composito Fe-HEDP sulla superficie dell'acciaio al carbonio, ma anche ottenere un controllo sinergico dell'inibizione della scala carbonatica. Ci sono doppi vincoli nell'applicazione pratica. L'efficienza di scala di Ca3% di Ca3 per l'effetto di Ca3% e il 40% di utilizzare solo i disperanti e il 40% è il 40% e il 40%. Allo stesso tempo, porta anche problemi di residui ambientali. L'HEDP arricchito nel sistema di osmosi inversa fa sì che il fosforo totale nell'effluente superi lo standard, che deve essere trattato in profondità mediante adsorbimento di carbone attivo o ossidazione con ozono;

2. inibitori delle incrostazioni dei polimeri, gli inibitori delle incrostazioni degli acidi carbossilici sono di solito basati su monomeri di acido carbossilico come l'acido acrilico (AA) e l'acido maleico (MA) come nucleo e sono formati per omopolimerizzazione o copolimerizzazione. I polimeri di acido carbossilico sono ricchi di gruppi di acido carbossilico (-COOH) e hanno strutture molecolari regolabili. Questi fattori li rendono efficaci nel chelare gli ioni metallici, inibendo la crescita dei cristalli e disperdendo le particelle microcristalline. Non sono solo privi di fosforo e senza azoto, ma anche rispettosi dell'ambiente, ma hanno una bassa tolleranza al calcio. Gli inibitori delle incrostazioni dei copolimeri dell'acido solfonico sono un tipo di polimero introdotto con gruppi di acido solfonico (-SO3H) e sono ampiamente utilizzati nel campo del trattamento delle acque industriali. Il suo vantaggio principale risiede nella forte idrosolubilità metallica e nei gruppi metallici solfonici stabili. I gruppi di acido solfonico possono interferire con la direzione di crescita dei cristalli di CaCO3 o Ca3 (PO4) 2 per formare una struttura sciolta. L'idrofilia dei gruppi di acido solfonico aumenta la carica negativa sulla superficie delle particelle e impedisce l'aggregazione e la deposizione di microcristalli;

3. Inibitori di calcare verdi ed ecologici Gli inibitori di calcare verdi ed ecologici sono principalmente inibitori di calcare polimerici naturali basati su sostanze macromolecolari di piante, animali o microrganismi e le loro prestazioni di inibizione di calcare sono migliorate attraverso la modifica chimica o la tecnologia di composizione. Le sostanze rappresentative includono estratti vegetali (acido tannico, derivati della lignina), chitosano, amido e cellulosa. Gli inibitori di calcare verdi sintetici sono preparati attraverso un processo di sintesi chimica controllabile e hanno sia prestazioni di inibizione di calcare ad alta efficienza che caratteristiche di protezione ambientale. Le sostanze rappresentative includono l'acido poliaspartico (PASP) e l'acido poliossisuccinico (PESA). Ha sia capacità di inibizione di scala ad alta efficienza [6]; Inibitore di scala composito multifunzionale L'inibitore di scala composito multifunzionale si riferisce a un tipo di agente di trattamento dell'acqua che ha funzioni multiple di un tipo di agente di trattamento dell'acqua che ha molteplici funzioni come l'inibizione di scala molecolare e la corrosione. La sua composizione di base di solito include la corrosione dell'imidazolina e l'inibitore di incrostazioni (MZ-P), che ha funzioni di inibizione della corrosione, inibizione delle incrostazioni e sterilizzazione. Il team ha sviluppato un inibitore solido multifunzionale di corrosione e incrostazioni (SPCI-1). L'agente combina funzioni di inibizione della corrosione, inibizione delle incrostazioni, disossidazione e sterilizzazione. È formato da un processo di fusione utilizzando un inibitore di corrosione modificato dell'imidazolina (tasso di inibizione della corrosione 86%), un inibitore di incrostazioni di fosfina organica (tasso di inibizione delle incrostazioni CaCO3 93,3%, tasso di inibizione delle incrostazioni CaSO4 98,9%), un battericida 1227 e un disossidante di acido ascorbico. La dimensione delle particelle è di 4 ~ 8 mm e la densità è 1,20 ~ 1,50 g / cm3.

Meccanismo di inibizione della scala

L'inibitore di scala raggiunge l'effetto di inibizione della scala interferendo con il processo di nucleazione, crescita o deposizione dei cristalli di scala. Il suo meccanismo centrale include la distorsione del reticolo, la chelazione e la dispersione.

1. Solubilizzazione della chelazione: Il nucleo del meccanismo di chelazione è quello di regolare l'equilibrio chimico delle reazioni di complessazione ionica. I ligandi multidentati come DTPA e EDTA si combinano con ioni che formano incrostazioni come Ca2 + e Mg2 + in virtù di più siti di coordinazione per formare chelati ciclici termodinamicamente stabili. Questo processo riduce significativamente la concentrazione effettiva di ioni di calcio liberi nella fase liquida, costringendo il prodotto di concentrazione ionica a rimanere al di sotto della soglia del prodotto di solubilità, inibendo così il processo di nucleazione del cristallo.

2. Distorsione a reticolo: la distorsione a reticolo è un cambiamento a livello molecolare che si verifica durante la crescita del cristallo. L'intervento degli inibitori di scala interferirà con esso, causando cambiamenti nella struttura cristallina. Una chiave per l'efficacia degli inibitori di scala è che possono essere saldamente adsorbiti su siti attivi chiave per la crescita del cristallo come la superficie del nucleo del cristallo e il bordo della faccia del cristallo. La distorsione a reticolo si manifesta come la distruzione della disposizione ordinata del cristallo. I gruppi polari, come i gruppi carbossilici e acido solfonico, svolgono un ruolo importante nell'inibizione della scala. Questi gruppi polari formano legami di coordinazione con gli ioni della superficie del cristallo come gli ioni di calcio e gli ioni di bario e sono saldamente adsorbiti sulla superficie del cristallo. L'aspetto ordinato originale del cristallo non esiste più e la distribuzione dell'energia della faccia del cristallo è completamente interrotta, il che a sua volta fa crescere il cristallo in modo disordinato. Il prodotto finale diventa una struttura non densa con una struttura sciolta e pori in tutto.

3. Dispersione: i principali meccanismi di dispersione sono la repulsione elettrostatica e l'ostacolo sterico. Il valore assoluto del potenziale dopo la ionizzazione di gruppi con carica negativa (come -SO3-) e la conseguente repulsione a doppio strato è un modo importante. Un altro modo è che polimeri come l'acido poliaspartico (PASP) e l'acido poliacrilico (PAA) assorbono le loro lunghe catene sulla superficie delle particelle e creano un ostacolo sterico allungando i segmenti della catena, che possono anche impedire l'aggregazione delle particelle. L'adsorbimento di catene polimeriche sulla superficie delle particelle e l'accumulo di cariche negative sono molto importanti. La repulsione elettrostatica e l'ostacolo sterico possono impedire alle particelle di attrarsi a vicenda.