Modifikationen von PESA-Skaleninhibitoren: Verbesserung der CaCO3- und CaSO4-Hemmung

I. Vergleichende Leistung von PESA und herkömmlichen Scale-Inhibitoren

Die hemmenden Wirkungen von PESA auf die Bildung und das Wachstum von CaCO3-Kristallen wurden mit denen von hydrolysiertem Polymaleinsäureanhydrid (HPMA), Polyasparaginsäure (PASP) und Polyacrylsäure (PAA) verglichen. Die Reihenfolge der hemmenden Wirkung, von der größten bis zur geringsten, war PESA> PASP> HPMA> PAA.

Die PESA-haltige Lösung wies die kleinste durchschnittliche Volumenteilchengröße der CaCO3-Kristalle und die höchste Ca2 + -Konzentration in der endgültigen Lösung auf. Die Analyse zeigt, dass, da PESA mit Ca2 + vier Ca-O-Bindungen bilden kann, die Anzahl der gebildeten Bindungen am größten und die Wechselwirkung am stärksten ist, wodurch das Wachstum der Kristalle behindert und eine bessere kesselsteinhemmende Wirkung erzielt wird.

II. Verbesserung der PESA-Leistung durch Modifikation von Funktionsgruppen

(1) Einführung von -NH2 zur Verbesserung der Adsorptionskapazität

Die Elektronegativität von − NH2 ist groß, was die Adsorption von Skalierungskationen erleichtert und dadurch die Adsorptions-, Dispersions- und Chelatkapazität der Kesselsteininhibitormoleküle für Skalierungskationen erhöht. − NH2 wurde eingeführt, um Thioharnstoff-Epoxybernsteinsäure (CSN-PESA) zu synthetisieren. Die Kesselsteinhemmungsrate von CSN-PESA für CaCO3 erreichte 96,1% und war damit 22,1% höher als die von PESA. Der Grund dafür ist, dass die neue polare Gruppe − NH2 in CSN-PESA eingeführt wurde, die die elektrostatische Adsorptions- und Chelatbildungskapazität für Ca2 + verbesserte, die Kombination von Kationen und Anionen reduzierte, die Bildung von Kristallen zerstörte und den Effekt der Verbesserung der Kesselsteinhemmungsrate erzielte.

(2) Einführung von -COOH zur Stärkung der Chelatbildung und Gitterverzerrung

-COOH wirkt sich sowohl auf die Chelatbildung als auch auf die Solubilisierung von Skalierungskationen und die Gitterverzerrung aus. Die Erhöhung der Anzahl der − COOH-Gruppen in PESA trägt zur Verbesserung der Kesselsteinhemmungsrate von PESA bei. PESA wurde mit Itaconsäure modifiziert, um Itaconsäure-Epoxybernsteinsäure (IA-PESA) zu erhalten. Bei 50 ° C und einer Dosierung von 6 mg / L IA-PESA lag die Kesselsteinhemmungsrate von IA-PESA für die CaCO3- und CaSO4-Skala bei nahezu 100%.

Durch die Erforschung des Mechanismus der Kesselsteinhemmung von IA-PESA wurde festgestellt, dass mehr − COOH es CaCO3-Kristallen erleichtert, sich von dichtem Calcit in losen Vaterit umzuwandeln, was zu einer Gitterverzerrung führt und die Kesselsteinentfernung leichter durch Wasser abwaschen lässt.

(3) Einführung von -CO-NH- zur Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit und Adsorption

Die − CO − NH − -Gruppe kann nicht nur die biologische Abbaubarkeit des Kesselsteininhibitors PESA verbessern, sondern auch die Adsorptions- und Dispersionsfähigkeit, was sich positiv auf die Chelatbildung von Kesselsteinkationen auswirkt. L-arginine-polyepoxysuccinic (Arg-PESA) wurde synthetisiert, indem CO - NH - in L-Arginin eingebracht wurde. Bei einer Dosierung von 6 mg / L erreichte Arg-PESA eine 100% ige Kesselsteinhemmung für CaCO3 und über 80% für Ca3 (PO4) 2.

III. Fortgeschrittene Copolymerisationsmethoden und Mehrkomponenten-Derivate

Mehrere PESA-Derivate, die durch Copolymerisation verschiedener organischer Verbindungen und Einführung verschiedener modifizierter Gruppen synthetisiert werden, weisen eine ausgezeichnete Kesselsteinhemmungsleistung auf.

• LC-T-PESA: Hergestellt durch eine ternäre Copolymerisationsmethode, erreichte es eine 99% ige Kesselsteinhemmungsrate für CaCO3 bei 10 mg / L. Die Synergie der -CO-NH-H-, -SO3H- und -COOH-Gruppen wandelt die Kesselsteinbildung von normalem Calcit in unregelmäßigen, flauschigen Vaterit um.
  

• ESA / IA / SMAS: Die synthetisierte Epoxybernsteinsäure-Oxalsäure- acid-allylethoxycarboxylate zeigte eine CaSO4-Skalen-Hemmungsrate von 99% bei einer Dosierung von nur 4 mg / L, was eine außergewöhnliche Effizienz für Sulfatskalen beweist.