vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2019-55-3-377-384vestich-416Research ArticleСтатьиИнгибирование процесса кристаллизации карбонатов кальция и магния полиакрилатом натрияInhibition of calcium and magnesium carbonate crystallization with sodium polyacrylateШестакИ. В.ShestakI. V.

Шестак Ирина Васильевна – канд. техн. наук, науч. сотрудник

ул. Сурганова 9/1, 220072, Минск

Irina V. Shestak – Ph. D. (Engineering), Researcher

Irishka.Shastak@gmail.comВоробьевА. Д.VorobievA. D.

Воробьев Артем Дмитриевич – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Сурганова 9/1, 220072, Минск

Artyom D. Vorobiev – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

tommy.vrb@gmail.comЧередниченкоД. В.CherednichenkoD. V.

Чередниченко Денис Викторович – канд. хим. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Сурганова 9/1, 220072, Минск

Denis V. Сherednichenko – Ph. D. (Chemistry), Leading Researcher

cherednichenko_dv@tut.byВоробьеваЕ. В.VorobyovaE. V.

Воробьёва Елена Викторовна – д-р хим. наук, доцент, зав. лаб. полимерсодержащих дисперсных систем

ул. Сурганова 9/1, 220072, Минск

Elena V. Vorobieva – D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Laboratory of Polymer-Containing Disperse Systems

evorobieva@igic.bas-net.byЛаевскаяЕ. В. LaevskayaE. V.

Лаевская Елена Васильевна – канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Сурганова 9/1, 220072, Минск

Еlena V. Layeuskaya – Ph. D. (Engineering), Senior Researcher

layeuskaya@gmail.comАстаховаМ. А.AstakhovaM. A.

Астахова Марина Александровна – мл. науч. сотрудник

ул. Сурганова 9/1, 220072, Минск

Marina A. Astakhova − Junior Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

marina88ama@gmail.comИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus201913092019553377387Copyright © Шестак И.В., Воробьев А.Д., Чередниченко Д.В., Воробьева Е.В., Лаевская Е.В., Астахова М.А., 20192019Шестак И.В., Воробьев А.Д., Чередниченко Д.В., Воробьева Е.В., Лаевская Е.В., Астахова М.А.Shestak I.V., Vorobiev A.D., Cherednichenko D.V., Vorobyova E.V., Laevskaya E.V., Astakhova M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/416

Известно, что при использовании воды в технологических целях, в частности, в системах оборотного водоснабжения предприятий в качестве охлаждающей жидкости в процессе постоянного нагревания и охлаждения происходит образование нерастворимых осадков, чаще всего карбонатов кальция, на стенках теплообменников, что приводит к большому количеству проблем, вплоть до остановок производства для очистки оборудования. Для предотвращения образования отложений необходимо применять ингибиторы осадкообразования. В работе в качестве ингибитора осадкообразования исследовали полиакрилат натрия. Изучен состав, морфология, ИК-спектры осадка карбоната кальция, полученного в отсутствие и в присутствии полиакрилата натрия. Установлено, что влияние полиакрилата натрия на механизм кристаллизации карбонатного осадка зависит от рН исходного раствора. Результаты ИК-спектроскопии, РФА и снимки, полученные электронной микроскопией, свидетельствуют об участии молекул полимера в формировании кристаллической структуры карбонатного осадка.

It is known that when water are used for technological purposes, in circulating water supply systems of enterprises as a coolant during continuous heating and cooling, the formation of insoluble precipitates, most often calcium carbonates, occurs on the walls of heat exchangers, which leads to a large number of problems, even production can be stopped for cleaning equipment. To prevent the formation of salts, it is necessary to use precipitation inhibitors. Sodium polyacrylate was investigated as a precipitation inhibitor. The composition, morphology and IR spectra of calcium carbonate precipitate obtained in the absence and in the presence of sodium polyacrylate were studied. It was established that the effect of sodium polyacrylate on the mechanism of crystallization of carbonate sediment depends on the pH of the initial solution. The results of IR spectroscopy, X-ray diffraction analysis and images obtained by electron microscopy indicate the participation of polymer molecules in the formation of the crystalline structure of the carbonate precipitate.

осадкообразованиеингибиторы отложенийводорастворимые полимерысистемы оборотного водоснабженияprecipitationprecipitation inhibitorswater-soluble polymerscirculating water supply systemsReferencesРидер, Р. Дж. Карбонаты: минералогия и химия / Р. Дж. Ридер. – М.: Мир, 1987. – 494 с.Reeder R. J. Carbonates: mineralogy and chemistry. Mineralogical Society of America, 1983. 394 p. https://doi.org/10.1515/9781501508134Штукенберг, А. Г. Формирование пространственных неоднородностей в распределении изоморфных компонентов при кристаллизации твердых растворов : дис. … докт. геол.-минерал. наук : 25.00.05 / А. Г. Штукенберг. – Санкт-Петербург, 2009. – 373 с.Shtukenberg А. G. Formation of spatial inhomogeneities in the distribution of isomorphic components during solidification of solid solutions. St. Petersburg, 2009. 373 p. (in Russian).Массовая кристаллизация в неорганических системах: учеб. пособие / Т. А. Ларичев [и др.]. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. – 176 с.Larichev Т. А., Sotnikova L. V., Sechkarev B. A., Breslav Yu. A., Utekhin A. N., Mass crystallization in inorganic systems. Kemerovo, Kuzbassvuzuzdat Publ., 2006. 176 p. (in Russian).Elliot, M. N. Scale control by threshold treatment / M. N. Elliot // Desalination. –1970. – T. 8, № 2. – C. 221–236. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(00)80231-3Elliot M. N. Scale control by threshold treatment. Desalination, 1970, vol. 8, no. 2, pp. 221–236. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(00)80231-3Чаусов, Ф. Ф. Влияние кристаллической структуры солей на эффективность ингибирования их кристаллизации органофосфонатами / Ф. Ф. Чаусов // Известия высших учебных заведений. Серия: химия и химическая технология. – 2008. – T. 51, № 5. – C. 63–67.Chausov F. F. The influence of the crystal structure of salts on the effectiveness of inhibiting their crystallization by organophosphonates. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Seriya “Khimiya I Khimicheskaya Tekhnologiya” = Russian Journak of Chemistry and Chemical Technology, 2008, vol. 51, no. 5, pp. 63–67. (in Russian).Westin, K. J. Crystal growth of aragonite and calcite in presence of citric acid, DTPA, EDTA and pyromellitic acid / K. J. Westin, Å. C. Rasmuson // Journal of Colloid and Interface Science. – 2005. – Vol. 282, № 2. – C. 359–369. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.03.029Westin K. J., Rasmuson Å. C. Crystal growth of aragonite and calcite in presence of citric acid, DTPA, EDTA and pyromellitic acid. Journal of Colloid and Interface Science, 2005, vol. 282, no 2, pp. 359–369. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2004.03.029Taylor, J. J. Adsorption of sodium polyacrylate in high solids loading calcium carbonate slurries / J. J. Taylor, W. M. Sigmund // Journal of Colloid and Interface Science. – 2010. – Vol. 341, № 2. – C. 298–302. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.09.048Taylor J. J., Sigmund W. M. Adsorption of sodium polyacrylate in high solids loading calcium carbonate slurries. Journal of Colloid and Interface Science, 2010, vol. 341, no. 2, pp. 298–302. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.09.048Reddy, M. M. Calcite Crystal Growth Rate Inhibition by Polycarboxylic Acids / M. M. Reddy, A. R. Hoch // Journal of Colloid and Interface Science. – 2001. – Vol. 235, № 2. – C. 365–370. https://doi.org/10.1006/jcis.2000.7378Reddy M. M., Hoch A. R. Calcite Crystal Growth Rate Inhibition by Polycarboxylic Acids. Journal of Colloid and Interface Science, 2001, vol. 235, no. 2, pp. 365–370. https://doi.org/10.1006/jcis.2000.7378Влияние полиакриловой кислоты и полиэтиленгликоля на кристаллизацию карбонатов кальция и магния / И. В. Шестак [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2010. – Т. 54, № 2. – С. 80–84.Shestak I. V., Vorobyova E. V., Basalyga I. I., Krutko N. P., Kulbitskaya L. V. Effect of polyacrylic acid and polyethylene glycol on crystallization of calcium and magnesium carbonates. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2010, vol. 54, no. 2, pp. 80–84 (in Russian).Amjad, Z. Performance of anionic polymers as precipitation inhibitors for calcium phosphonates: the influence of cationic polyelectrolytes / Z. Amjad, R. W. Zuhl, J. A. Thomas-Wohlever // Advances in Crystal Growth Inhibition Technologies. – Springer, 2002. – P. 71–83. https://doi.org/10.1007/0-306-46924-3_6Amjad Z., Zuhl R. W., Thomas-Wohlever J. A. Performance of anionic polymers as precipitation inhibitors for calcium phosphonates: the influence of cationic polyelectrolytes. Advances in Crystal Growth Inhibition Technologies. Springer, 2002, pp. 71–83. https://doi.org/10.1007/0-306-46924-3_6Gomez-Morales, J. Nucleation of calcium carbonate at different initial pH conditions / J. Gomez-Morales, J. Torrent- Burgues, R. Rodriguez-Clemente // Journal of Crystal Growth. – 1996. – Vol. 169, № 2. – C. 331–338. https://doi.org/10.1016/s0022-0248(96)00381-8Gomez-Morales J., Torrent-Burgues J., Rodriguez-Clemente R. Nucleation of calcium carbonate at different initial pH conditions. Journal of Crystal Growth, 1996, vol. 169, no. 2, pp. 331–338. https://doi.org/10.1016/s0022-0248(96)00381-8Накамото, К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений / К. Накамото. – М.: Мир, 1991. – 536 с.Nakamoto K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds. 4th ed. John Wiley Sons, 1986. 245 p.Vagenas, N. V. Quantitative analysis of synthetic calcium carbonate polymorphs using FT-IR spectroscopy / N. V. Vagenas, A. Gatsouli, C. G. Kontoyannis // Talanta. – 2003. – Vol. 59, No. 4. – Р. 831–836. https://doi.org/10.1016/s0039-9140(02)00638-0Vagenas N. V., Gatsouli A., Kontoyannis C. G. Quantitative analysis of synthetic calcium carbonate polymorphs using FT-IR spectroscopy. Talanta, 2003, vol. 59, no.4, pp. 831–836. https://doi.org/10.1016/s0039-9140(02)00638-0Литтл, Л. Инфракрасные спектры адсорбированных молекул / Л. Литтл. – М.: Мир, 1969. – 514 с.Little L. Infrared spectra of adsorbed species. New York, Academic Press, 1966.Дехант, И. Инфракрасная спектроскопия полимеров / И. Дехант, Р. Данц, В. Киммер, Р. Шмольке. – М.: Химия. 1976, – 472 с.Dehant J., Danz R., Kimmer W., Schmolke R. Infrared spectroscopy of polymers. Moscow, Himiya Publ., 1976. 472 p. (in Russian).McCluskey, P. H. Infrared spectral studies of various metal polyacrylates / P. H. McCluskey, R. L. Snyder, R. A. Condrate // J.Sol. St.Chem. – 1989. – Vol. 83, No. 2. – Р. 332 –339. https://doi.org/10.1016/0022-4596(89)90183-7McCluskey P. H., Snyder R. L., Condrate R. A. Infrared spectral studies of various metal polyacrylates. Journal of Solid State Chemistry, 1989, vol. 83, no. 2, pp. 332–339. https://doi.org/10.1016/0022-4596(89)90183-7

The authors declare that there are no conflicts of interest present.