Evaluation of structural effects on the antiscaling performance of various graft cellulose-based antiscalants in RO membrane scaling control

羧甲基纤维素 丙烯酸 嫁接 纤维素 化学工程 材料科学 结晶 化学 高分子化学 核化学 共聚物 有机化学 生物化学 聚合物 工程类
作者
Wei Yu,Wei Chen,Hu Yang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:620: 118893-118893 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2020.118893
摘要

An effective cellulose-based antiscalant, namely, carboxymethyl cellulose-graft-poly(acrylic acid) (CMC-g-PAA) was synthesized via the graft copolymerization of carboxymethyl cellulose (CMC) and acrylic acid. The addition of CMC-g-PAAs can evidently delay the formation of the CaSO4 scale, effectively mitigate reverse osmosis (RO) membrane scaling and flux decline, and increase the induction time of crystallization due to the grafted carboxyl groups efficiently interacting with scale-forming substances. The inhibition performance of CMC-g-PAA in the static test was mostly consistent with that in the RO test. Combining the results of the RO and static tests and the relevant characterizations by scanning electron microscopy, optical microscope, x-ray diffraction, and conductivity measurements, the scale-inhibition mechanisms of CMC-g-PAA are mainly ascribed to enhanced chelation, dispersion, and threshold effects. Moreover, the two structural factors of CMC-g-PAAs, grafting ratio and grafted-chain distribution, play important roles in their inhibition effects. Appropriate grafting ratio was necessary to obtain high-performance CMC-g-PAA. With a similar grafting ratio, a higher average number of PAA grafted chains can lead to better inhibition performance because of more active inhibition sites contained. However, the grafting ratio has more contributions than grafted-chain distribution. This study provides a better understanding of the structure–activity relationship of the grafting-modified polymeric inhibitor and fundamental guidance for the exploitation and design of novel and efficient scale inhibitors.

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