Πώς το οξαλικό επηρεάζει την κρυστάλλωση του θειικού βαρίου

Η κρυστάλλωση είναι ένας φθηνός και σχετικά απλός τρόπος καθαρισμού υλικών. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι είναι μια τεχνική επιλογής για πολλές βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της φαρμακευτικής βιομηχανίας όπου η καθαρότητα μπορεί να είναι κρίσιμη. Ίσως είναι περίεργο, λοιπόν, να μάθουμε ότι η κρυστάλλωση δεν είναι πάντα καλό πράγμα.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους η κρυστάλλωση δεν είναι επιθυμητή. για παράδειγμα, μπορεί να καταλήξετε να κρυσταλλώσετε ένα στερεό που δεν θέλατε ή μπορεί να καταλήξετε να κρυσταλλώσετε σε επιφάνειες, προκαλώντας μπλοκαρίσματα. Αυτός ο δεύτερος τύπος ανεπιθύμητης κρυστάλλωσης ονομάζεται απολέπιση ή σχηματισμός αλάτων. Οι περισσότερες βιομηχανικές διεργασίες έχουν να αντιμετωπίσουν την κλίμακα, αλλά, ειδικότερα, τα στερεά που έχουν χαμηλή διαλυτότητα είναι δύσκολο να τα διαχειριστούμε (επειδή η χαμηλή διαλυτότητά τους σημαίνει ότι δεν χρειάζεστε πολλά από αυτά πριν συμβεί η κρυστάλλωση).

Οι πιο κοινές κλίμακες είναι το διένυδρο θειικό ασβέστιο (γνωστό ως γύψος), το ανθρακικό ασβέστιο και το θειικό βάριο. Από αυτά τα τρία στερεά, αυτό με τη χαμηλότερη διαλυτότητα είναι το θειικό βάριο. Η κλίμακα θειικού βαρίου είναι κοινή στην υπεράκτια παραγωγή πετρελαίου. Το θαλασσινό νερό περιέχει θειικά άλατα και οι δεξαμενές πετρελαίου/φυσικού αερίου συχνά περιέχουν επίσης νερό, γνωστό ως νερό του υδροφόρου ορίζοντα. Όταν τα δύο αναμειγνύονται, τα ιόντα βαρίου στο νερό του υδροφόρου ορίζοντα ενώνονται με τα θειικά ιόντα στο θαλασσινό νερό και σχηματίζουν θειικό βάριο. Για να αποφευχθεί αυτό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν πρόσθετα που επηρεάζουν τη διαδικασία κρυστάλλωσης. Το πρόσθετο μπορεί να δράσει στα ιόντα του διαλύματος (γνωστά ως χηλικοί παράγοντες), δεσμεύοντάς τα και περιορίζοντας την ποσότητα των στερεών που σχηματίζονται. Ωστόσο, τα καλύτερα πρόσθετα είναι αυτά που ονομάζονται «αναστολείς κατωφλίου». Αυτά τα πρόσθετα είναι αποτελεσματικά στον έλεγχο της κρυστάλλωσης σε εξαιρετικά χαμηλές δόσεις.

Η έρευνά μου αφορά την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι ακαθαρσίες επηρεάζουν τις διαδικασίες κρυστάλλωσης και πώς μπορούμε να προβλέψουμε τη συμπεριφορά τους. Μόλις το γνωρίζουμε αυτό, μπορούμε να αναπτύξουμε κατάλληλες στρατηγικές για τον περιορισμό του σχηματισμού κλίμακας. Σε αυτό το άρθρο, εξετάζουμε πώς ένα μόριο που ονομάζεται οξαλικό αλληλεπιδρά με την κρυστάλλωση θειικού βαρίου. Στην περίπτωση του ανθρακικού ασβεστίου, το οξαλικό σχηματίζει ένα στρώμα ενός στερεού που ονομάζεται οξαλικό ασβέστιο και αυτό εμποδίζει το σχηματισμό περισσότερου ανθρακικού ασβεστίου στην επιφάνεια του στερεού. Το οξαλικό μπορεί να δεσμεύσει ιόντα βαρίου στο διάλυμα, αλλά επηρεάζει έτσι; Έτσι, σκεφτήκαμε ότι θα ήταν καλή ιδέα να δούμε τι συμβαίνει στην περίπτωση του θειικού βαρίου.

Αυτό που μάθαμε είναι ότι το οξαλικό δεν σχηματίζει ένα νέο, διαφορετικό στρώμα στην επιφάνεια του θειικού βαρίου, αλλά σαφώς κολλάει στην επιφάνεια. Παραδόξως, μπορούμε να ακολουθήσουμε αυτή τη διαδικασία όπως συμβαίνει σε διάλυμα χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης. Η παρουσία οξαλικού σταματά την ανάπτυξη της κρυσταλλικής επιφάνειας του θειικού βαρίου.

Στο Σχήμα 1α μπορείτε να δείτε πώς μεγαλώνει κανονικά η επιφάνεια. με νέα «νησιά» θειικού βαρίου να φυτρώνουν και να αναπτύσσονται, αλλά στο Σχήμα 1β, υπάρχουν πολύ λιγότερα νησιά — η επιφάνεια είναι σχεδόν τέλεια επίπεδη. Έτσι, το οξαλικό είναι σε θέση να αναστείλει την κρυστάλλωση αλλά όχι με πρόσκρουση στα ιόντα στο διάλυμα (χηλίωση). Τελικά, το οξαλικό έχει αντίκτυπο παρόμοιο με έναν αναστολέα κατωφλίου και δρα με παρόμοιο τρόπο με πολλούς αναστολείς κατωφλίου — κολλάει σε σημεία που είναι κρίσιμα για την ανάπτυξη των κρυστάλλων.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Η επίδραση των ιόντων οξαλικού στην κρυστάλλωση θειικού βαρίου, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Journal of Crystal Growth . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Franca Jones, Mark I. Ogden και Tomoko Radomirovic από το Πανεπιστήμιο Curtin.