Modifiche dell'inibitore di scala PESA: miglioramento dell'inibizione di CaCO3 e CaSO4

I. Prestazioni comparative di PESA e inibitori di scala tradizionali

Gli effetti inibitori del PESA sulla formazione e la crescita dei cristalli di CaCO3 sono stati confrontati con quelli dell'anidride polimaleica idrolizzata (HPMA), dell'acido poliaspartico (PASP) e dell'acido poliacrilico (PAA). L'ordine di effetto inibitorio, dal più grande al meno, era PESA> PASP> HPMA> PAA.

La soluzione contenente PESA ha mostrato la più piccola dimensione media delle particelle di volume dei cristalli di CaCO3 e la più alta concentrazione di Ca2 + nella soluzione finale. L'analisi mostra che poiché PESA può formare quattro legami Ca-O con Ca2 +, il numero di legami formati è il più grande e l'interazione è la più forte, ostacolando così la crescita dei cristalli e ottenendo un migliore effetto di inibizione della scala.

II. Migliorare le prestazioni PESA attraverso la modifica del gruppo funzionale

(1) Introdurre -NH2 per migliorare la capacità di adsorbimento

L'elettronegatività di − NH2 è grande, rendendo più facile adsorbire i cationi di scala, aumentando così l'adsorbimento, la dispersione e la capacità di chelazione delle molecole inibitrici di scala per i cationi di scala. − NH2 è stato introdotto per sintetizzare l'acido epossidico tiourea (CSN-PESA). Il tasso di inibizione di scala di CSN-PESA per CaCO3 ha raggiunto il 96,1%, che era del 22,1% superiore a quello di PESA. La ragione è che il nuovo gruppo polare − NH2 è stato introdotto in CSN-PESA, che ha migliorato l'adsorbimento elettrostatico e la capacità di chelazione per Ca2 +, ha ridotto la combinazione di cationi e anioni, ha distrutto la formazione di cristalli e ha ottenuto l'effetto di migliorare il tasso di inibizione di scala.

(2) Introduzione di -COOH per rafforzare la chelazione e la distorsione del reticolo

-COOH ha sia effetti di chelazione che di solubilizzazione sui cationi di scala e sulla distorsione del reticolo. Aumentare il numero di gruppi di − COOH in PESA è utile per migliorare il tasso di inibizione della scala di PESA. PESA è stato modificato con acido itaconico per ottenere acido itaconico-epossisuccinico (IA-PESA). A 50C e un dosaggio di 6 mg / L di IA-PESA, il tasso di inibizione della scala IA-PESA per la scala CaCO3 e la scala CaSO4 era vicino al 100%.

Esplorando il meccanismo di inibizione della scala di IA-PESA, si è scoperto che più − COOH rende più facile per i cristalli di CaCO3 trasformarsi da calcite densa a vaterite sciolta, causando distorsione del reticolo e rendendo la scala più facile da lavare via dall'acqua.

(3) Introdurre -CO-NH- per una migliore biodegradabilità e adsorbimento

Il gruppo − CO − NH − non solo può migliorare la biodegradabilità dell'inibitore di scala PESA, ma anche migliorare le capacità di adsorbimento e dispersione, che è vantaggioso per la chelazione dei cationi di scala. L-arginine-polyepoxysuccinic acido (Arg-PESA) è stato sintetizzato introducendo - CO - NH - in L-arginina. Ad un dosaggio di 6 mg / L, Arg-PESA ha raggiunto l'inibizione di scala 100% per CaCO3 e oltre 80% per Ca3 (PO4) 2.

III. Metodi avanzati di copolimerizzazione e derivati multicomponenti

Diversi derivati PESA, sintetizzati copolimerizzando vari composti organici e introducendo vari gruppi modificati, mostrano eccellenti prestazioni di inibizione della scala.

• LC-T-PESA: Preparato con un metodo di copolimerizzazione ternaria, ha raggiunto un tasso di inibizione della scala del 99% per CaCO3 a 10 mg / L. La sinergia dei gruppi − CO − NH −, − SO3H e − COOH trasforma la scala da calcite regolare a vaterite irregolare e soffice.
  

• ESA / IA / SMAS: L'acido-ossalico epossisuccinico sintetizzato acid-allylethoxycarboxylate ha esibito un tasso di inibizione della scala CaSO4 del 99% ad un dosaggio di soli 4 mg / L, dimostrando un'efficienza eccezionale per la scala del solfato.