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Carboxyl-Engineered Silicon Quantum Dots (CSiQDs) as an Efficient Scale Inhibitor: Formulation Inhibition Mechanism
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-04-12 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00387 Nadhem Ismail 1 , Ali Alshami 1, 2 , Glavic Tikeri 1 , Di Sun 3 , Arash Tayyebi 1 , Ashraf M. Al-Goraee 2 , Musabbir Jahan Talukder 1 , Julia Xiaojun Zhao 3
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-04-12 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c00387 Nadhem Ismail 1 , Ali Alshami 1, 2 , Glavic Tikeri 1 , Di Sun 3 , Arash Tayyebi 1 , Ashraf M. Al-Goraee 2 , Musabbir Jahan Talukder 1 , Julia Xiaojun Zhao 3
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Multiple recent initiatives have focused on developing environmentally friendly antiscalants/scale inhibitors; however, most of the investigated green antiscalants have demonstrated low scaling ion tolerance and concealed scale inhibitor-mineral crystal interaction. New fluorescent green antiscalants, due to their fluorescence properties, appear to be among the best solutions, since they both solve critical environmental issues and offer insights into the inhibition mechanism. In this work, the surface of synthesized SiQDs was engineered by introducing carboxyl moieties. The functionalized/surface engineered Carboxyl Silicon Quantum Dots (CSiQDs) were characterized in terms of FTIR, XPS, HRTEM, DLS, zeta-potential, and fluorescence properties. The characterization results confirmed successful functional tailoring through the introduction of carboxyl groups while retaining the excitation and emission properties. The performance of the engineered CSiQDs was evaluated, for the first time, using calcium sulfate scale at different brine stresses, temperatures, and pHs. The results revealed the exceptional high efficiency of the CSiQDs, reaching 100% at a 20-ppm dosage in a brine containing 6,600 ppm of calcium and sulfate ions at 70 °C. The calcium sulfate, formed in the gypsum phase, scale inhibition mechanism was investigated using fluorescence images and morphology analysis by means of XRD and SEM in the presence and absence of CSiQDs. The inhibitor is believed to affect gypsum crystal nucleation and growth. This work may lay a foundation for the rational design of next-generation nanophotonic antiscalants.
中文翻译：
羧基工程硅量子点 (CSiQD) 作为有效的阻垢剂：配方抑制机制
最近多项举措的重点是开发环保型阻垢剂/阻垢剂；然而，大多数研究的绿色阻垢剂都表现出低结垢离子耐受性和隐藏的阻垢剂-矿物晶体相互作用。新型荧光绿色阻垢剂由于其荧光特性，似乎是最好的解决方案之一，因为它们既解决了关键的环境问题，又提供了对抑制机制的见解。在这项工作中，通过引入羧基部分来设计合成的 SiQD 的表面。功能化/表面工程羧基硅量子点 (CSiQD) 通过 FTIR、XPS、HRTEM、DLS、zeta 电位和荧光特性进行了表征。表征结果证实了通过引入羧基成功进行功能定制，同时保留了激发和发射特性。首次使用硫酸钙垢在不同的盐水压力、温度和 pH 值下评估了工程化 CSiQD 的性能。结果表明，CSiQD 具有极高的效率，在 70 °C 的含 6,600 ppm 钙和硫酸根离子的盐水中，当剂量为 20 ppm 时，效率达到 100%。在存在和不存在 CSiQD 的情况下，通过 XRD 和 SEM 进行荧光图像和形态分析，研究了在石膏相中形成的硫酸钙的阻垢机制。据信该抑制剂影响石膏晶体成核和生长。这项工作可能为下一代纳米光子阻垢剂的合理设计奠定基础。
更新日期：2024-04-12
中文翻译：
羧基工程硅量子点 (CSiQD) 作为有效的阻垢剂：配方抑制机制
最近多项举措的重点是开发环保型阻垢剂/阻垢剂；然而，大多数研究的绿色阻垢剂都表现出低结垢离子耐受性和隐藏的阻垢剂-矿物晶体相互作用。新型荧光绿色阻垢剂由于其荧光特性，似乎是最好的解决方案之一，因为它们既解决了关键的环境问题，又提供了对抑制机制的见解。在这项工作中，通过引入羧基部分来设计合成的 SiQD 的表面。功能化/表面工程羧基硅量子点 (CSiQD) 通过 FTIR、XPS、HRTEM、DLS、zeta 电位和荧光特性进行了表征。表征结果证实了通过引入羧基成功进行功能定制，同时保留了激发和发射特性。首次使用硫酸钙垢在不同的盐水压力、温度和 pH 值下评估了工程化 CSiQD 的性能。结果表明，CSiQD 具有极高的效率，在 70 °C 的含 6,600 ppm 钙和硫酸根离子的盐水中，当剂量为 20 ppm 时，效率达到 100%。在存在和不存在 CSiQD 的情况下，通过 XRD 和 SEM 进行荧光图像和形态分析，研究了在石膏相中形成的硫酸钙的阻垢机制。据信该抑制剂影响石膏晶体成核和生长。这项工作可能为下一代纳米光子阻垢剂的合理设计奠定基础。
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