Endüstriyel dolaşımlı su sistemleri birçok işlem için kritik öneme sahiptir, ancak genellikle öncelikle kalsiyum karbonat (CaCO3) ve kalsiyum sülfat (CaSO4) gibi inorganik kireçlerin oluşumuyla mücadele ederler. Bu kireçler verimliliği önemli ölçüde azaltabilir, işletme maliyetlerini artırabilir ve ekipman hasarına yol açabilir. Geleneksel kireç önleyiciler etkili olsalar da, bazen çevresel riskler taşıyabilirler. Bu durum, daha sürdürülebilir ve etkili alternatiflerin geliştirilmesini teşvik etmiştir. Bunlar arasında, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve düşük toksisitesi nedeniyle poliaspartik asit (PASP), umut verici bir çevre dostu seçenek olarak öne çıkmıştır. Ancak, kireç engelleme performansı belirli zorlu endüstriyel uygulamalarda sınırlı kalabilir.

Bunu fark eden araştırmacılar, PASP'nin yeteneklerini geliştirmek için modifikasyonları incelemişlerdir. Önemli bir ilerleme, PASP'nin nanosilika ile modifikasyonunu içerir ve bu da SiO2–NH2/PASP olarak bilinen bir kompozit malzeme oluşturur. Bu modifikasyon, nanosilikanın küçük boyutu, geniş yüzey alanı ve yüksek yüzey aktivitesi gibi benzersiz özelliklerinden yararlanarak PASP'nin kireç engelleme performansını artırır. Sentez genellikle, amino-fonksiyonalize nanosilika (SiO2–NH2) varlığında polisüksinimîd'in (PSI) halka açılma reaksiyonunu içerir ve nanosilika polimer zincirine entegre eden kovalent bağlar oluşturur.

Sonuç olarak elde edilen SiO2–NH2/PASP, modifiye edilmemiş PASP'ye kıyasla hem CaCO3 hem de CaSO4 kireçlenmesini önlemede belirgin şekilde iyileşmiş etkinlik gösterir. Çalışmalar, yalnızca 5 mg/L konsantrasyonda, SiO2–NH2/PASP'nin CaCO3 için kireç engelleme oranının saf PASP'ye göre %53'e kadar daha yüksek olmasını ve CaSO4 için ise %21'e kadar daha yüksek olmasını sağlamıştır. Bazı durumlarda, CaSO4 için engelleme verimliliği 6 mg/L gibi düşük konsantrasyonlarda neredeyse %100'e ulaşabilir. Bu geliştirilmiş performans, modifiye edilmiş polimerdeki karboksil gruplarının sayısının artmasından kaynaklanmaktadır, bu da kalsiyum iyonlarıyla (Ca2+) daha güçlü şelatlama ve yeni oluşan kireç kristallerinin yüzeylerine daha etkili adsorpsiyon sağlar.

Bu geliştirilmiş performansın arkasındaki mekanizma çok yönlüdür. SiO2–NH2/PASP'deki karboksil grupları şelatlayıcı ajanlar olarak görev yapar, çözeltideki serbest Ca2+ iyonlarını bağlar ve böylece bunların sülfat veya karbonat iyonlarıyla birleşerek çökelti oluşturmasını önler. Ayrıca, modifiye edilmiş polimer mevcut mikro kristallerin yüzeyine adsorbe olur, agregasyon ve birikmeyi önleyen itici kuvvetler oluşturur. Tarama Elektron Mikroskobu (SEM), X-ışını Kırınımı (XRD) ve X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) gibi gelişmiş analitik teknikler, modifiye edilmiş polimerin yapısal bütünlüğünü doğrulamak ve kireç kristallerleriyle etkileşimini açıklamak için kullanılmıştır. SEM görüntüleri, SiO2–NH2/PASP'nin CaSO4 ve CaCO3 kristallerinin morfolojisini değiştirdiğini, önleyiciler olmadan oluşan yoğun, çubuk şeklinde veya bloklu yapılar yerine daha düzensiz şekiller ve dağılmış partiküllerle sonuçlandığını ortaya koymaktadır. XRD analizi, modifiye edilmiş PASP'nin kristalleşme yollarını etkileyebileceğini, örneğin CaCO3 durumunda daha az kararlı vateritin oluşumunu teşvik ederek kireç oluşum sürecini bozduğunu göstermektedir. XPS çalışmaları ayrıca önleyicinin kireç yüzeylerine adsorpsiyonunu doğrulamaktadır.

SiO2–NH2/PASP kullanımının avantajları, üstün kireç engelleme performansının ötesine geçer. Endüstriyel dolaşımlı su sistemlerinin dinamik koşulları için kritik olan bir dizi sıcaklık ve test süresi boyunca iyi performansını korur. Dahası, toksik olmayan ve biyolojik olarak parçalanabilen çevresel profili, ekolojik ayak izlerini en aza indirmek isteyen şirketler için sorumlu bir seçimdir. Nanosilikanın entegrasyonu sadece fonksiyonel özellikleri geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda PASP'nin doğal çevresel faydalarını da koruyarak güçlü bir sinerji sunar. Su arıtma zorlukları için güvenilir, çevreye duyarlı çözümler arayan işletmelerin, verimli ve sürdürülebilir operasyonlar elde etmeleri için nanosilika modifiye poliaspartik asidin faydalarını anlamaları anahtardır.