Abstract
A novel environmentally friendly type of calcium carbonate and iron(III) scale inhibitor (ALn) was synthesized. The anti-scale property of the Acrylic acid-allylpolyethoxy carboxylate copolymer (AA-APELn or ALn) towards CaCO3 and iron(III) in the artificial cooling water was studied through static scale inhibition tests. The observation shows that both calcium carbonate and iron(III) inhibition increase with increasing the degree of polymerization of ALn from 5 to 15, and the dosage of ALn plays an important role on calcium carbonate and iron(III)-inhibition. The effect on formation of CaCO3 was investigated with a combination of scanning electronic microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM), X-ray powder diffraction (XRD) analysis and Fourier transform infrared spectrometer, respectively. The results showed that the ALn copolymer not only influences calcium carbonate crystal morphology and crystal size but also the crystallinity. The crystallization of CaCO3 in the absence of inhibitor was rhombohedral calcite crystal, whereas a mixture of calcite with vaterite crystals was found in the presence of the ALn copolymer. Inhibition mechanism is proposed that the interactions between calcium or iron ions and polyethylene glycol (PEG) are the fundamental impetus to restrain the formation of the scale in cooling water systems.
Kurzfassung
Ein neuer, umweltfreundlicher Inhibitor für Ablagerungen von Calciumcarbonat und Eisen(III)-hydroxid (ALn) wurde synthetisiert. Die Entkalkungseigenschaften des Acrylsäure-Allylpolyethoxicarboxilat-Copolymers (AA-APELn oder ALn) gegenüber Calciumcarbonat und Eisen(III)hydroxid in künstlichem Kühlwasser wurde mit Hilfe statischen Entkalker-Tests untersucht. Es wurde beobachtet, dass die Hemmung der Calciumcarbonat- und der Eisen(III)-hydroxid-Entstehung mit steigendem Grad der Polymerisierung des ALn von 5 nach 15 zunimmt. Ebenso hat die Dosierung des ALn eine große Bedeutung auf die Vermeidung der Calciumcarbonat- und Eisen(III)hydroxid-Entstehung. Der Einfluss auf die Bildung von CaCO3 wurde mit Hilfe der kombinierten Verfahren Rasterelektronenmikroskopie (REM), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Röntgenbeugungsanalyse (XRD) und Fouriertransformspektrometrie (FTIR) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das ALn-Copolymer nicht nur die Kristallmorphologie und die Kristallgröße des Calciumcarbonats beeinflusst, sondern auch die Kristallinität. Erfolgt die Kristallisierung von CaCO3 in Abwesenheit des Inhibitors, so entsteht das rhomboedrische Calcit. In Gegenwart des ALn-Copolymers wird ein Mischkristall aus Calcit und Vaterit gebildet. Beim vorgeschlagenen Inhibierungsmechanismus sind die Wechselwirkungen zwischen Calcium- bzw. Eisenionen und dem Polyethylenglykol (PEG) die grundlegende Kraft, um die Bildung von Ablagerungen in Kühlwassersystemem zu beschränken.
References
1. Xyla, A. G., Mikroyannidis, J. and Koutsoukos, P. G.: J Colloid Interface Sci.153(1992)537.10.1016/0021-9797(92)90344-LSearch in Google Scholar
2. Saleah, A. O. and A. H.Basta: Environmentalist.28(2008)421.10.1007/s10669-008-9163-7Search in Google Scholar
3. Ben Amor, M., Zgolli, D., Tlili, M. M. and Manzola, A. S.: Desalination.166(2004)79–84.10.1016/S0011-9164(00)88662-2Search in Google Scholar
4. Kjellin, P.: Colloids surf A.212(2003)19–26.10.1016/S0927-7757(02)00296-0Search in Google Scholar
5. Kumar, T., Vishwanatham, S. S. and Kundu, S.: J. Pet. Sci. Technol.71(2010)1.10.1016/j.petrol.2009.11.014Search in Google Scholar
6. Zhou, X. H., Sun, Y. H. and Wang, Y. Z.: J Environ Sci.23(2011)159.Search in Google Scholar
7. Suharso, Buhani, Syaiful, B. and Teguh, E.: Desalination.265(2011)10.10.1016/j.desal.2010.07.038Search in Google Scholar
8. Al Nasser, W. N., Al-Salhi, F. H., Hounslow, M. J. and Salman, A. D.: Chem. Eng. Res. Des.89(2011)500.10.1016/j.cherd.2011.02.004Search in Google Scholar
9. Zhang, B. R., Zhang, Li, Li, F. T., Hu, W.Hannam, P. M.: Corros. Sci.52(2011)3883.10.1016/j.corsci.2010.07.037Search in Google Scholar
10. Wang, C., Li, S. P. and Li, T. D.: Desalination.249(2009)1.10.1007/978-1-59745-278-6Search in Google Scholar
11. Fu, C., Zhou, Y., Xie, H., Sun, W. and Wu, W.: Ind. Eng. Chem. Res.49(2010)8920.10.1021/ie100395zSearch in Google Scholar
12. Amjad, Z.: U.S. Patent 4,885,097, 1989.Search in Google Scholar
13. Du, K., Zhou, Y. M. and Wang, Y. Y.: J. Appl. Polym. Sci.113(2009)1966.10.1002/app.30213Search in Google Scholar
14. Du, K., Zhou, Y. M. and Da, L. Y.: Int. J. Polymer. Mate.57(2008)785.Search in Google Scholar
15. Demadis, K. D., Katarachia, S. D. and Koutmos, M.: Inorg. Chem. Commun.8(2005)254.10.1016/j.inoche.2004.12.019Search in Google Scholar
16. Rees, S. G., Hughes-Wassell, D. T., Shellis, R. P. and Embery, G.: Biomaterials.25(2004)971.10.1016/S0142-9612(03)00618-5Search in Google Scholar
17. Amjad, Z.: Langmuir.5(1989)1222.10.1021/la00089a017Search in Google Scholar
18. Barrere, F., Snel, M. E., Van Blitterswijk, C. A., De Groot, K. and Layrolle, P.: Biomaterials25(2004)2901.10.1016/j.mser.2007.12.001Search in Google Scholar
19. Cheng, Q. and Komvopoulos, K.: J. Phys. Chem. C.113(2009)213.10.1021/jp807109nSearch in Google Scholar
20. Pecheva, E., Lilyana, P. and George, A.: Langmuir.23(2007)9386.10.1021/la700435cSearch in Google Scholar
21. Harada, A. and Kataoka, K.: Macromolecules28(1995)5294.10.1016/S1877-1823(09)70131-6Search in Google Scholar
22. Yu, S. H. and Colfen, H.: J. Phys. Chem. B.107(2003)7396.10.1021/jp034009+Search in Google Scholar PubMed
23. Ueyama, N., Hosoi, T., Yamada, Y., Doi, M., Okamura, T. and Nakamura, A.: Macromolecules31(1998)7119.10.1295/kobunshi.54.57Search in Google Scholar
24. Kuriyavar, S. I., Vetrivel, R., Hegde, S. G., Ramaswamy, A. V., Chakrabarty, D. and Mahapatra, S.: J. Mater. Chem.10(2000)1835.10.1039/b001837fSearch in Google Scholar
25. Chakraborty, D., Agarwal, V. K., Bhatia, S. K. and Bellare, J.: Steady-State Ind. Eng. Chem. Res.33(1994)2187.10.1021/ie00033a024Search in Google Scholar
26. Ajikumar, P. K., Michellelow, B. J. and Valiyaveettil, S.: Surf Coat Technol.198(2005)227.10.1016/j.surfcoat.2004.10.028Search in Google Scholar
27. Zhou, B. S.: Technology of Industrial Water Treatment, Chemical Industry Press, Beijing, P. R. China, 2002.Search in Google Scholar
28. Cabeza, A., Ouyang, X., Sharma, C., Aranda, M., Bruque., S. and Clearfield, A.: Inorganic Chemistry41(2002)2325.10.1021/ic0110373Search in Google Scholar
29. HengLi, Hsieh, M. K., Chien, S. H., Monnell, J. D., Dzombak, D. A. and Vidic, R. D.: Water Res.45(2011)748.10.3724/SP.J.1006.2008.01598Search in Google Scholar
30. Senthilmurugan, B., Ghosh, B. and Sanker, S.: J. Ind. Eng. Chem.17(2011)415.10.1016/j.jiec.2010.10.032Search in Google Scholar
31. Weiss, P., Obadia, L., Magne, D., Bourges, X., Rau, C., Weitkamp, T., Khairoun, I., Bouler, J. M., Chappard, D., Gauthier, O. and Daculsi, G.: Biomaterials.4(2003)4591.10.1038/nchembio.550Search in Google Scholar
32. Colfen, H. and Qi, L.: Progr. Colloid Polym. Sci.117(2001)23.Search in Google Scholar
33. Solomatin, S. V., Bronich, T. K., Bargar, T. W., Eisenberg, A., Kabanov, V. A. and Kabanov, A. V.: Langmuir.19(2003)8069.10.1021/la030015lSearch in Google Scholar
34. Kim, S. R., Shin, H., Jung, H. S. and Hong, K. S.: Materials Chem. Phys.91(2005)500.10.1016/j.matchemphys.2004.12.016Search in Google Scholar
35. Bouyer, F., Gerardin, C. and Fajula, F.: Colloids Surf. A.217(2003)179.10.1016/S0927-7757(02)00574-5Search in Google Scholar
36. Harada, A. and Kataoka, K.: J. Am. Chem. Soc.121(2003)15306.10.1021/ja038572hSearch in Google Scholar PubMed
37. Rudloff, J. and Colfen, H.: Langmuir.20(2004)991.10.2116/analsci.20.991Search in Google Scholar
© 2012, Carl Hanser Publisher, Munich