Distinct impacts of natural organic matter and colloidal particles on gypsum crystallization

结晶 石膏 腐植酸 成核 化学工程 胶体 晶体生长 化学 有机质 材料科学 矿物学 结晶学 有机化学 冶金 工程类 肥料
作者
Tianchi Cao,Julianne Rolf,Zhangxin Wang,Camille Violet,Menachem Elimelech
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:218: 118500-118500 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.watres.2022.118500
摘要

Gypsum scaling via crystallization is a major obstacle limiting the applications of membrane-based technologies and heat exchangers in engineered systems. Herein, we perform the first comparative investigation on the impacts of natural organic matter (Suwannee River humic acid, SRHA) and colloidal particles on the gypsum crystallization process in terms of induction time and crystal morphology. Results show that the presence of SRHA significantly increases the induction time of gypsum crystallization. Specifically, at a solution saturation index of 4.92, the induction time increases 6.5-fold in the presence of 6 mg/L SRHA, compared to the case without SRHA. SRHA also alters the morphology of the formed calcium sulfate crystals, resulting in a polygon-like shape, differing from the characteristic needle-like shape of gypsum in the absence of additives. These changes in crystal morphology are attributed to the adsorption of SRHA on the gypsum crystal surface, blocking the active sites for gypsum growth. In contrast, in the presence of colloidal particles, the observed induction time of gypsum crystallization either decreases or increases, depending on the competitive interplay between the enhancement effect in the nucleation step and the inhibition effect in the subsequent crystal growth step. Furthermore, the formed gypsum crystals in the presence of colloidal particles exhibit a needle-like morphology similar to the crystals formed in the absence of any additives. Our study provides fundamental understanding of gypsum crystallization in feedwaters containing natural organic matter and colloidal particles, highlighting the importance of feedwater composition in gypsum scaling.
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