Los sistemas industriales de agua en circulación son cruciales para muchos procesos, pero a menudo se ven plagados por la formación de incrustaciones inorgánicas, principalmente carbonato de calcio (CaCO3) y sulfato de calcio (CaSO4). Estas incrustaciones pueden reducir significativamente la eficiencia, aumentar los costos operativos y provocar daños en los equipos. Los inhibidores de incrustaciones tradicionales, aunque efectivos, a veces pueden plantear riesgos ambientales. Esto ha impulsado el desarrollo de alternativas más sostenibles y efectivas. Entre ellas, el ácido poliaspártico (PASP) ha surgido como una opción prometedora y respetuosa con el medio ambiente debido a su biodegradabilidad y baja toxicidad. Sin embargo, su rendimiento de inhibición de incrustaciones puede ser limitado en ciertas aplicaciones industriales exigentes.

Conscientes de esto, los investigadores han explorado modificaciones para mejorar las capacidades del PASP. Un avance significativo implica la modificación del PASP con nanosilica, creando un material compuesto conocido como SiO2–NH2/PASP. Esta modificación aprovecha las propiedades únicas de la nanosilica, como su pequeño tamaño, gran superficie y alta actividad superficial, para potenciar el rendimiento de inhibición de incrustaciones del PASP. La síntesis generalmente implica una reacción de apertura de anillo de polisucinimida (PSI) en presencia de nanosilica amino-funcionalizada (SiO2–NH2), formando enlaces covalentes que integran la nanosilica en la cadena polimérica del PASP.

El resultado, SiO2–NH2/PASP, demuestra una eficacia notablemente mejorada para prevenir la formación de incrustaciones de CaCO3 y CaSO4 en comparación con el PASP no modificado. Los estudios han demostrado que a una concentración de tan solo 5 mg/L, el SiO2–NH2/PASP puede proporcionar una tasa de inhibición de incrustaciones para CaCO3 hasta un 53% mayor que la del PASP puro, y para CaSO4, puede ser hasta un 21% mayor. En algunos casos, la eficiencia de inhibición para CaSO4 puede alcanzar casi el 100% a concentraciones tan bajas como 6 mg/L. Este rendimiento mejorado se atribuye al mayor número de grupos carboxilo en el polímero modificado, lo que permite una quelación más fuerte con los iones de calcio (Ca2+) y una adsorción más efectiva en las superficies de los cristales de incrustación nacientes.

El mecanismo detrás de este rendimiento mejorado es multifacético. Los grupos carboxilo en SiO2–NH2/PASP actúan como agentes quelantes, uniéndose a los iones Ca2+ libres en la solución y, por lo tanto, evitando que se combinen con iones sulfato o carbonato para formar precipitados. Además, el polímero modificado se adsorbe en la superficie de los microcristales existentes, creando fuerzas repulsivas que evitan la agregación y deposición. Se han empleado técnicas analíticas avanzadas como Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Difracción de Rayos X (XRD) y Espectroscopía de Fotoelectrones Emitidos por Rayos X (XPS) para confirmar la integridad estructural del polímero modificado y dilucidar su interacción con los cristales de incrustación. Las imágenes de SEM revelan que el SiO2–NH2/PASP altera la morfología de los cristales de CaSO4 y CaCO3, lo que lleva a formas más irregulares y partículas dispersas, en lugar de las estructuras densas, en forma de varilla o en bloque formadas sin inhibidores. El análisis XRD muestra que el PASP modificado puede influir en las vías de cristalización, por ejemplo, promoviendo la formación de calcita menos estable en el caso del CaCO3, interrumpiendo así el proceso de formación de incrustaciones. Los estudios de XPS confirman además la adsorción del inhibidor en las superficies de incrustación.

Las ventajas de usar SiO2–NH2/PASP se extienden más allá de su superior inhibición de incrustaciones. Mantiene un buen rendimiento en un rango de temperaturas y tiempos de prueba, crucial para las condiciones dinámicas de los sistemas industriales de agua en circulación. Además, su perfil ambiental —al ser no tóxico y biodegradable— lo convierte en una opción responsable para las empresas que buscan minimizar su huella ecológica. La integración de nanosilica no solo mejora las propiedades funcionales, sino que también mantiene los beneficios ambientales inherentes del PASP, ofreciendo una potente sinergia. Para las empresas que buscan soluciones fiables y ecológicas para sus desafíos de tratamiento de agua, comprender los beneficios del ácido poliaspártico modificado con nanosilica es clave para lograr operaciones eficientes y sostenibles.