Αναστολή σχηματισμού θειϊκού ασβεστίου σε υπέρκορα διαλύματά του

• Κύριος συγγραφέας: Κούγιας, Βασίλειος
• Άλλοι συγγραφείς: Kougias, Vasileios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Γύψος; Αναστολείς; Φωσφονικές ενώσεις; Βενζο 1,3,5-τριυλ τρις φωσφονικό οξύ; 1,3,5-τριαζινο-τριφωσφονικό οξύ; Επιλεκτικό ηλεκτρόδιο ασβεστίου; Υπερκορεσμός; Καταβύθιση; Θειικό ασβέστιο; Inhibition; Calcium sulfate; Gypsum; Precipitation; Supersaturation; Inhibitors; Phosphonic acid

Η καταβύθιση του διένυδρου θειικού ασβεστίου (CaSO4∙H2O, γύψος) υπήρξε αντικείμενο πολυάριθμων μελετών τα τελευταία 50 χρόνια. Τόσο η κατανόηση της πυρηνογέννεσης όσο και της κρυσταλλικής ανάπτυξης του κρυσταλλικού αυτού στερεού βρίσκεται στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος των ερευνητών λόγω του μεγάλου εύρους των περιπτώσεων στις οποίες εμφανίζονται σχηματισμοί του με δυσμενή αποτελέσματα στις αντίστοιχες διεργασίες. Το κόστος για την αντιμετώπιση ή τον περιορισμό τέτοιων εναποθέσεων (scaling), είτε με χρήση μηχανικών είτε χημικών μεθόδων, είναι ιδιαίτερα υψηλό. Για την αντιμετώπιση σχηματισμού εναποθέσεων θειικού ασβεστίου, συνήθης μέθοδος είναι η χρήση υδατοδιαλυτών χημικών ουσιών, κυρίως πολυμερικών (ακρυλικά πολυμερή και συμπολυμερή) αλλά και φωσφονικών ενώσεων τα οποία δρουν ως αναστολείς είτε της πυρηνογένεσης είτε της κρυσταλλικής ανάπτυξης. Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε ο μηχανισμός καταβύθισης του θειικού ασβεστίου σε 25°C, σε συνθήκες σταθερής συγκέντρωσης ασβεστίου σε υπέρκορα διαλύματα. Με τη βοήθεια επιλεκτικού ηλεκτροδίου ασβεστίου και με τον έλεγχο από αντίστοιχο ποτενσιοστάτη, μελετήθηκε η κινητική της καταβύθισης του θειικού ασβεστίου σε υπέρκορα διαλύματά του. Μετρήθηκαν οι περιοχές σταθερότητας του άλατος (σταθερή και ασταθής μετασταθείς ζώνες). Οι ρυθμοί καταβύθισης μετρήθηκαν σε διάφορες τιμές υπερκορεσμού. Σε όλες τις περιπτώσεις το μοναδικό κρυσταλλικό στερεό το οποίο σχηματίσθηκε ήταν το διένυδρο θειικό ασβέστιο. Ο ρυθμός καταβύθισης έδειξε παραβολική εξάρτηση από το σχετικό υπερκορεσμό και τα δεδομένα προσαρμόσθηκαν επιτυχώς σε μοντέλο το οποίο βασίζεται στην υπόθεση ότι το καθορίζον τη ταχύτητα στάδιο είναι η επιφανειακή διάχυση. Συνέπεια του μηχανισμού αυτού είναι, ότι είναι δυνατή η επιβράδυνση της πυρηνογένεσης ή/και της κρυσταλλικής ανάπτυξης με δέσμευση των ενεργών κέντρων πυρηνογένεσης/κρυστάλλωσης. Η δέσμευση αυτή είναι δυνατό να επιτευχθεί με τη βοήθεια ρόφησης ουσιών οι οποίες διαθέτουν ιοντισμένες δραστικές ομάδες με τάση σχηματισμού επιφανειακών συμπλόκων με τα δομικά ιόντα Ca2+ και SO42- της επιφάνειας. Μελετήθηκε λοιπόν η κινητική της καταβύθισης του θειικού ασβεστίου, σε σταθερή ενεργότητα ασβεστίου στους 25°C, pH 6.5, παρουσία των φωσφονικών ενώσεων βενζο 1,3,5-τριυλ τρις φωσφονικό οξύ (BTP) και 1,3,5-τριαζινο- τριφωσφονικό οξύ (TATPA) .Παρουσία συγκεντρώσεων μεταξύ 4-16 ppm η παρουσία ΤΑΤΡΑ είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του ρυθμού κρυσταλλικής ανάπτυξης έως και 100%. Σε σύγκριση με το ΒΤΡ η αναστολή ήταν εμφανώς μεγαλύτερη.