danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2021-65-2-168-177dan-959Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYКомплексный характер влияния поликарбоновых и фосфоновых кислот на кристаллизацию солей кальция и магния в динамических условияхComplex character of the influence of polycarboxylic and phosphonic acids on the crystallization of calcium and magnesium salts in dynamic conditionsВоробьёваЕ. В.VorobievaE. V.

Воробьева Елена Викторовна, д-р хим. наук, доцент, заведующий лабораторией

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Vorobieva Elena V., D. Sc. (Chemistry), Associate professor, Head of the Laboratory

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

evorobieva@igic.bas-net.byВоробьёвА. Д.VorobievA. D.

Воробьев Артем Дмитриевич, канд. хим. наук, заведующий лабораторией

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Vorobiev Artem D., Ph. D. (Chemistry), Head of the Laboratory

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

tommy.vrb@gmail.comШестакИ. В.ShestakI. V.

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

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

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

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

irishka.shastak@gmail.comЧередниченкоД. В.CherednichenkoD. V.

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

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Cherednichenko Denis V., Ph. D. (Chemistry), Leading Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

cherednichenko_dv@tut.byБучаС. В.BuchaS. V.

Буча Светлана Васильевна, науч. сотрудник

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Bucha Sviatlana V., Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

bucha1003@gmail.comИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus202108052021652168177Copyright © Воробьёва Е.В., Воробьёв А.Д., Шестак И.В., Чередниченко Д.В., Буча С.В., 20212021Воробьёва Е.В., Воробьёв А.Д., Шестак И.В., Чередниченко Д.В., Буча С.В.Vorobieva E.V., Vorobiev A.D., Shestak I.V., Cherednichenko D.V., Bucha S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/959

Исследовано влияние водорастворимых органических соединений (адипиновой, полиаспартамовой и фосфоновой кислот) и их композиций на кристаллизацию солей кальция и магния в динамических условиях. Установлено, что индукционный период фазообразования увеличивается в присутствии полиаспартамовой и фосфоновой кислот в 2,3–5,2 раза в диапазоне их содержания от 0,05 до 0,2 ppm. Результаты рентгенофазового анализа и электронно-микроскопического исследования подтверждают изменение фазового состава и морфологии образующегося кристаллического осадка. Установлено, что влияние двухосновной карбоновой кислоты на индукционный период, состав и структуру осадка значительно меньше. Определено, что композиция органических кислот также увеличивает индукционный период фазообразования. Комплексный ингибитор обеспечивает повышение уровня критического пересыщения в системе. Фосфонатные и карбоксильные группы ингибитора взаимодействуют с ионами кальция и магния, блокируют зародыши кристаллизации. При взаимодействии с дикарбоновой кислотой и адсорбцией поликислоты на поверхности образующихся кристаллов микрокристаллы растворяются.

The influence of water-soluble organic compounds (adipic, polyaspartic and phosphonic acids) and their compositions on the crystallization of calcium and magnesium salts in dynamic conditions has been studied. It is found that the induction period of phase formation increases in the presence of polyaspartic and phosphonic acids 2.3–5.2 times in the range of their content from 0.05 to 0.2 ppm. The results of XRD and electron microscopic studies confirm the change in the phase composition and morphology of the crystalline precipitate that is formed. The dibasic carboxylic acid influence on the induction period, composition and structure of the precipitate is much less. It is established that the composition of organic acids also increases the induction period of phase formation. The complex inhibitor provides an increase in the critical supersaturation level in the system. The phosphonic and carboxyl groups of the inhibitor interact with calcium and magnesium ions and block the crystallization nuclei. When interacting with the dicarboxylic acid and polyacid adsorption on the surface of the formed crystals, the microcrystals dissolve.

адипиновая кислотаполиаспартамовая кислотафосфоновая кислотакристаллизацияиндукционный периодфазообразованиеadipic acidpolyaspartic acidphosphonic acidcrystallizationinduction periodphase formationReferencesПервов, А. Г. Водоснабжение промышленных предприятий / А. Г. Первов. – Москва, 2019. – 378 с.Pervov A. G. Water supply of industrial enterprises. Moscow, 2019. 378 p. (in Russian).Орлов, В. А. Диагностика трубопроводных сетей / В. А. Орлов, К. Е. Хренов. – Москва, 2018. – 100 с.Orlov V. A., Khrenov K. E. Diagnostics of pipeline networks. Moscow, 2018. 100 p. (in Russian).Basile, A. Advances in Membrane Technologies for Water Treatment: Materials, Processes and Applications / A. Basile, A. Cassano, k. Rastogi. – Woodhead Publishing, 2015. – 666 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-16469-04.Basile A., Cassano A., Rastogi K. Advances in Membrane Technologies for Water Treatment: Materials, Processes and Applications. Woodhead Publishing, 2015. 666 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-16469-0Alexandrov, D. V. To the theory of underwater ice evolution, or nonlinear dynamics of “false bottoms” / D. V. Alexandrov, I. G. Nizovtseva // Int. J. Heat Mass Trans. – 2008. – Vol. 51, N 21–22. – P. 5204–5208. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.11.061Alexandrov D. V., Nizovtseva I. G. To the theory of underwater ice evolution, or nonlinear dynamics of “false bottoms”. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, vol. 51, no. 21–22, pp. 5204–5208. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.11.061Galenko, P. k. Traveling wave profiles for a crystalline front invading liquid states: Analytical and numerical solutions / P. K. Galenko, F. I. Sanches, k. R. Elder // Physica D. ‒ 2015. ‒ Vol. 308. ‒ P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.physd.2015.06.002Galenko P. K., Sanches F. I., Elder K. R. Traveling wave profiles for a crystalline front invading liquid states: Analytical and numerical solutions. Physica D: Nonlinear Phenomena, 2015, vol. 308, pp. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.physd.2015.06.002Meier, K. A molecular dynamics simulation study of the self-diffusion coeffcient and viscosity of the Lennard-Jones fluid / K. Meier, A. Laesecke, S. kabelac // Int. J. Thermophys. ‒ 2001. ‒ Vol. 22, N 1. ‒ P. 161‒173. https://doi.org/10.1023/a:1006715921252Meier K., Laesecke A., Kabelac S. A molecular dynamics simulation study of the self-diffusion coefficient and viscosity of the Lennard–Jones fluid. International Journal of Thermophysics, 2001, vol. 22, no. 1, pp. 161‒173. https://doi.org/10.1023/a:1006715921252Воробьев, А. Д. Стабилизация охлаждающих водооборотных систем фосфорорганическими соединениями / А. Д. Воробьев, О. Б. Дормешкин, Е. В. Воробьев // Журн. прикладной химии. – 2013. – Т. 86, № 5. – С. 766–770.Vorobiov A. D., Dormeshkin O. B., Vorobieva E. V. Stabilization of Cooling Water-Circulation Systems with Organophosphorus Compounds. Russian Journal of Applied Chemistry, 2013, vol. 86, no. 5, pp. 713–717. https://doi.org/10.1134/s1070427213050170Chena, T. Assessing the effect of on scale formation–bulk precipitation and surface deposition / T. Chen, A. Neville, M. Yuan // J. Cryst. Growth. – 2005. – Vol. 275, N 1–2. – P. e1341–e1347. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.169Chen T., Neville A., Yuan M. Assessing the effect of on scale formation–bulk precipitation and surface deposition. Journal of Crystal Growth, 2005, vol. 275, no. 1–2, pp. e1341–e1347. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.169Воробьев, А. Д. Оценка эффективности ингибиторов осадкообразования в условиях моделирования охлаждающего водооборотного цикла / А. Д. Воробьев, О. Б. Дормешкин // Selected publications from the Water Harmony Project: Water Research and Technology, 2015. – С. 284–290.Vorobiev A. D., Dormeshkin O. B. Evaluation of the effectiveness of sediment inhibitors in the conditions of modeling a cooling water cycle. Selected publications from the Water Harmony Project: Water Research and Technology, 2015, pp. 284–290 (in Russian).Влияние 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. 77–81.Shestak I. V., Vorobieva E. V., Basalyha I. I., Krutko N. P., Kulbitskaya L. V. Polyacrylic acid and polyethylene glycol influence on the crystallization of calcium carbonates and magnesium. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2010, vol. 54, no. 2, pp. 77–81 (in Russian).Карбонаты: минералогия и химия / Р. Дж. Ридер [и др.]. – Москва, 1987. – 494 с.Reeder R. J., ed. Carbonates: mineralogy and chemistry. Mineralogical Society of America, 1983. 394 p.In Situ Characterisation оf Calcite Growth And Inhibition Using Atomic Force Microscopy / M. M. Reyhani [et al.] // Int. J. Mod. Phys. B. – 2002. – Vol. 16, N 01n02. – P. 25–33. https://doi.org/10.1142/s021797920200941xReyhani M. M., Oliveira A., Parkinson G. M., Jones F., Rohl A. L., Ogden M. I. In Situ Characterization оf Calcite Growth And Inhibition Using Atomic Force Microscopy. International Journal of Modern Physics B, 2002, vol. 16, no. 01n02, pp. 25–33. https://doi.org/10.1142/s021797920200941xBaidakov, V. G. The self-diffusion coefficient in metastable states of a Lennard–Jones fluid / V. G. Baidakov, Z. R. Kozlova // Chem. Phys. Lett. ‒ 2010. ‒ Vol. 500, N 1‒3. ‒ P. 23‒27. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.09.066Baidakov V. G., Kozlova Z. R. The self-diffusion coefficient in metastable states of a Lennard–Jones fluid. Chemical Physics Letters, 2010, vol. 500, no. 1–3, pp. 23‒27. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.09.066Guo, J. Inhibition of Calcium Carbonate Nucleation with Aminophosphonates at High Temperature, pH and Ionic Strength / J. Guo, S. J. Severtson // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2004. – Vol. 43, N 17. – P. 5411–5417. https://doi.org/10.1021/ie049787iGuo J., Severtson S. J. Inhibition of Calcium Carbonate Nucleation with Aminophosphonates at High Temperature, pH and Ionic Strength. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2004, vol. 43, no. 17, pp. 5411–5417. https://doi.org/10.1021/ie049787iОпределение порогового эффекта антискалантов в процессе спонтанной кристаллизации солей кальция / А. Э. Коваленко [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. – 2016. – Т. 30, № 3. – С. 111–112.Kovalenko A. E., Mastrukov M. V., Gorbacheva D. N., Kekin P. A., Pochitalkina I. A. Determination of the threshold effect of antiscalants in the process of spontaneous crystallization of salts. Advances in Chemistry and Chemical Technology, 2016, vol. 30, no. 3, pp. 111–112 (in Russian).Weijnen, M. P. C. The influence of various polyelectrolytes on the precipitation of gypsum / M. P. C. Weijnen, G. M. van Rosmalen // Desalination. – 1985. – Vol. 54. – P. 239–261. https://doi.org/10.1016/0011-9164(85)80021-7Weijnen M. P. C., van Rosmalen G. M. The influence of various polyelectrolytes on the precipitation of gypsum. Desalination, 1985, vol. 54, pp. 239–261. https://doi.org/10.1016/0011-9164(85)80021-7Фрейдлин, Г. Н. Алифатические дикарбоновые кислоты / Г. Н. Фрейдлин. – Москва, 1978. – 264 с.Freidlin G. N. Aliphatic dicarboxylic acids. Moscow, 1978. 264 p. (in Russian).Штукенберг, А. Г. Ростовая диссимметризация кристаллов / А. Г. Штукенберг // Природа. – 2002. – № 6. – С. 16–21.Shtukenberg A. G. Growth dissymmetrization of crystals. Priroda [Nature], 2002, no. 6, pp. 16–21 (in Russian).Методы оценки биоразлагаемости полимерных материалов / О. А. Ермолович [и др.] // Биотехнология. – 2005. – № 4. – С. 47–54.Ermolovich O. A., Makarevich A. V., Goncharova E. P., Vlasova G. M. Methods for analyzing of biodegrability of polymeric materials. Biotechnology in Russia, 2005, no. 4, pp. 62–72.

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