مروری برپیشرفتهترین بازدارنده‌های پلیمری سبز برای کنترل تشکیل رسوب در مدارات خنک کننده
الموضوعات :
مجید میرزایی
1
,
عباس یوسف پور
2
1 - پژوهشگاه نیرو
2 - عضو هیات علمی گروه پژوهشی گروه شیمی و فرآیند (استادیار)، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: رسوب, ممانعت کننده سبز, پلی آسپارتیک اسید, زیست تخریب پذیری, پایداری,
ملخص المقالة :
رسوب‌گذاری مقیاس[1] یکی از مشکلاتی است که در آب حاوی یون‌های نمک‌های کم‌محلول رخ می‌دهد. یکی از روش‌های رایج برای کنترل رسوب مقیاس، استفاده از ضدرسوب است. برای کنترل رسوب در سیستم‌های آب خنک‌کننده، فرایندهای تصفیه آب و عملیات‌های نفتی، مقادیر زیادی از بازدارنده‌های پلیمری مقیاس به کار می‌روند. همانند اکثر پلیمرهای سنتی، بازدارنده‌های مقیاس برای ماندگاری طولانی‌مدت طراحی شده‌اند و سال‌ها پس از دور ریخته شدنشان باقی می‌مانند. با افزایش دغدغه‌های محیط زیستی و محدودیت‌های تخلیه، شیمی بازدارنده‌های رسوب به سمت استفاده از "ضدرسوب‌های سبز" که به آسانی تجزیه می‌شوند و حرکت کمی در محیط دارند و بدین ترتیب تأثیر زیست‌محیطی کمتری داشته باشند، روی آورده است. این موضوع چالشی است تا سطوح مطلوبی از کارایی را با دوزهای اقتصادی فراهم کند. گزارش‌های متعددی در مورد شیمی و محصولات جدید بازدارنده رسوب منتشر شده که از نظر زیست‌محیطی نسبت به ضدرسوب‌های معمولی پذیرفتنی‌تر هستند. این مقاله‌ی مروری خلاصه‌ای از تلاش‌ها برای توسعه بازدارنده‌های مقیاس اقتصادی و زیست‌محیطی بی‌ضرر را ارائه می‌دهد. در حال حاضر، امیدوارکننده‌ترین بازدارنده‌های مقیاس سبز بر پایه اسید پلی‌آسپارتیک هستند. با این حال، داده‌های عملیاتی میدانی بسیار محدودی وجود دارد و استفاده گسترده از بازدارنده‌های مقیاس اسید پلی‌آسپارتیک در انتظار کسب تجربه‌های بیشتر در عملیات‌های میدانی است.
[1] I. Rashid, "Evaluation of effectiveness of phosphate and zinc as scale inhibitor in delaying precipitation of caco3," 2020.
[2] M. M. Reddy and A. R. Hoch, "Calcite crystal growth rate inhibition by polycarboxylic acids," Journal of colloid and interface science, vol. 235, no. 2, pp. 365-370, 2001.
[3] T. R. Bott, Understanding heat exchanger fouling and its mitigation. Begell House, 1999.
[4] H. Füredi-Milhofer and S. Sarig, "Interactions between polyelectrolytes and sparingly soluble salts," Progress in Crystal Growth and Characterization of materials, vol. 32, no. 1-3, pp. 45-74, 1996.
[5] Z. He, L. Zhang, L. Wang, Q. Zhang, and L. Luan, "Anti-Scale Performance and Mechanism of Valonia Tannin Extract for Calcium Carbonate in Circulating Cooling Water System," Sustainability, vol. 15, no. 11, p. 8811, 2023.
[6] P. Zhang, L. Wang, W. Sun, Z. Yang, W. Gao, and G. Liu, "Anti-scale performance degradation of carboxylic acid scale inhibitors under corrosion conditions," Corrosion Science, vol. 222, p. 111423, 2023.
[7] N. Tsiourtis, "Desalination and the environment," Desalination, vol. 138, no. 1-3, p. 1, 2001.
[8] R. A. Gross and B. Kalra, "Biodegradable polymers for the environment," Science, vol. 297, no. 5582, pp. 803-807, 2002.
[9] A. Ketsetzi, A. Stathoulopoulou, and K. D. Demadis, "Being “green” in chemical water treatment technologies: issues, challenges and developments," Desalination, vol. 223, no. 1-3, pp. 487-493, 2008.
[10] F. A. Ansari and H. K. Sharma, "Industrially Useful Corrosion Inhibitors: Grafted Biopolymers as Ideal Substitutes," Grafted Biopolymers as Corrosion Inhibitors: Safety, Sustainability, and Efficiency, pp. 417-463, 2023.
[11] A. G. Pervov, A. P. Andrianov, and M. N. Danilycheva, "Preliminary evaluation of new green antiscalants for reverse osmosis water desalination," Water Science and Technology: Water Supply, vol. 18, no. 1, pp. 167-174, 2018.
[12] K. D. Demadis, E. Neofotistou, E. Mavredaki, M. Tsiknakis, E.-M. Sarigiannidou, and S. D. Katarachia, "Inorganic foulants in membrane systems: chemical control strategies and the contribution of “green chemistry”," Desalination, vol. 179, no. 1, pp. 281-295, 2005/07/10/ 2005, doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2004.11.074.
[13] E. Mavredaki, A. Stathoulopoulou, E. Neofotistou, and K. D. Demadis, "Environmentally benign chemical additives in the treatment and chemical cleaning of process water systems: Implications for green chemical technology," Desalination, vol. 210, no. 1, pp. 257-265, 2007/06/10/ 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2006.05.050.
[14] E. Neofotistou and K. D. Demadis, "Use of antiscalants for mitigation of silica (SiO2) fouling and deposition: fundamentals and applications in desalination systems," Desalination, vol. 167, pp. 257-272, 2004.
[15] K. D. Demadis and A. Stathoulopoulou, "Solubility enhancement of silicate with polyamine/polyammonium cationic macromolecules: relevance to silica-laden process waters," Industrial & engineering chemistry research, vol. 45, no. 12, pp. 4436-4440, 2006.
[16] A. Stathoulopoulou and K. D. Demadis, "Enhancement of silicate solubility by use of “green” additives: linking green chemistry and chemical water treatment," Desalination, vol. 224, no. 1-3, pp. 223-230, 2008.
[17] D. Zhou, W. Yu, A. Wu, W. Shu, and Y. Zhang, "Optimization of preparation conditions of medium and highly substituted carboxymethyl inulin through response surface methodology," Carbohydrate Research, vol. 536, p. 109009, 2024.
[18] K. D. Demadis and A. Stathoulopoulou, "Multifunctional, environmentally friendly additives for control of inorganic foulants in industrial water and process applications," Materials performance, vol. 45, no. 1, pp. 40-44, 2006.
[19] D.-J. Choi, S.-J. You, and J.-G. Kim, "Development of an environmentally safe corrosion, scale, and microorganism inhibitor for open recirculating cooling systems," Materials Science and Engineering: A, vol. 335, no. 1-2, pp. 228-235, 2002.
[20] H.-Y. Li, W. Ma, L. Wang, R. Liu, L.-S. Wei, and Q. Wang, "Inhibition of calcium and magnesium-containing scale by a new antiscalant polymer in laboratory tests and a field trial," Desalination, vol. 196, no. 1-3, pp. 237-247, 2006.
[21] A. Martinod, M. Euvrard, A. Foissy, and A. Neville, "Progressing the understanding of chemical inhibition of mineral scale by green inhibitors," Desalination, vol. 220, no. 1-3, pp. 345-352, 2008.
[22] D. Hasson, H. Shemer, and A. Sher, "State of the art of friendly “green” scale control inhibitors: a review article," Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 50, no. 12, pp. 7601-7607, 2011.
[23] M.-L. Zhang et al., "Controllable synthesis of polyaspartic acid: Studying into the chain length effect for calcium scale inhibition," Desalination, vol. 570, p. 117080, 2024.
[24] M. Schweinsberg, W. Hater, and J. Verdes, "New stable biodegradable scale inhibitor formulations for cooling water: development and field tests," in 64th International Water Conference, Pittsburgh, PA, 2003, vol. 23: Citeseer.
[25] R. J. Ross, K. Low, and J. E. Shannon, "Polyaspartate scale inhibitors-biodegradable alternatives to polyacrylates," in NACE CORROSION, 1996: NACE, pp. NACE-96162.
[26] Z. Quan, Y. Chen, X. Wang, C. Shi, Y. Liu, and C. Ma, "Experimental study on scale inhibition performance of a green scale inhibitor polyaspartic acid," Science in China Series B: Chemistry, vol. 51, no. 7, pp. 695-699, 2008.
[27] W. Girasa and M. De Wispelaere, "Polyaspartate, a new alternative for the conditioning of cooling water," in 14th International Conference on the Properties of Water and Steam, Kyoto, Japan, 2004, vol. 29.
[28] S. M. Thombre and B. D. Sarwade, "Synthesis and biodegradability of polyaspartic acid: a critical review," Journal of macromolecular science, part A, vol. 42, no. 9, pp. 1299-1315, 2005.
[29] W. Hater, "Environmental compatible scale inhibitor for the mining industry," in NACE CORROSION, 1998: NACE, pp. NACE-98213.
[30] L. Ni, A. Chiriac, C. Popescu, and I. Neam, "Possibilities for poly (aspartic acid) preparation as biodegradable compound," J. Optoelectr. Adv Mater, vol. 8, pp. 663-666, 2006.
