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シュウ酸塩が硫酸バリウムの結晶化に与える影響

結晶化は、材料を精製する安価で比較的簡単な方法です。純度が重要な製薬業界を含む多くの業界で選択されている手法であることは驚くべきことではありません。ですから、結晶化が必ずしも良いことではないことを知ると驚くかもしれません.

結晶化が望ましくない方法はたくさんあります。たとえば、望まない固体を結晶化させたり、表面で結晶化させて閉塞を引き起こしたりする可能性があります。この 2 番目のタイプの望ましくない結晶化は、スケーリングまたはスケール形成と呼ばれます。ほとんどの産業プロセスはスケールに対処する必要がありますが、特に、溶解度の低い固体は管理が困難です (溶解度が低いということは、結晶化が起こる前にそれらの多くを必要としないことを意味するため)。

最も一般的なスケールは、硫酸カルシウム二水和物 (石膏として知られています)、炭酸カルシウム、および硫酸バリウムです。これら3つの固体のうち、溶解度が最も低いのは硫酸バリウムです。硫酸バリウムスケールは、沖合の石油生産で一般的です。海水には硫酸塩が含まれており、石油/ガス貯留層には帯水層として知られる水も含まれていることがよくあります。両者が混ざり合うと、帯水層水中のバリウムイオンが海水中の硫酸イオンと結合し、硫酸バリウムを形成します。これを回避するために、結晶化プロセスに影響を与える添加剤を使用できます。添加剤は、溶液中のイオンに作用し (キレート剤として知られています)、それらを結合し、形成される固体の量を制限します。しかし、最良の添加剤は「閾値阻害剤」と呼ばれるものです。これらの添加剤は、非常に低い用量で結晶化を制御するのに効果的です。

私の研究は、不純物が結晶化プロセスにどのように影響するか、およびその挙動をどのように予測できるかを理解することです。これがわかれば、スケールの形成を制限するための適切な戦略を立てることができます。この論文では、シュウ酸塩と呼ばれる分子が硫酸バリウムの結晶化とどのように相互作用するかを調べています。炭酸カルシウムの場合、シュウ酸塩はシュウ酸カルシウムと呼ばれる固体の層を形成し、これにより炭酸カルシウムが固体の表面に形成されるのを防ぎます.シュウ酸塩は溶液中のバリウムイオンを結合できますが、これはどのように影響するのでしょうか?そのため、硫酸バリウムの場合に何が起こるかを見るのは良い考えだと思いました.

私たちが学んだことは、シュウ酸塩は硫酸バリウムの表面に新しい別の層を形成するのではなく、明らかに表面にくっつくということです.驚くべきことに、原子間力顕微鏡を使用して、溶液中で起こるこのプロセスをたどることができます。シュウ酸塩の存在は、硫酸バリウムの結晶表面の成長を止めます。

図 1a では、表面が通常どのように成長するかを見ることができます。硫酸バリウムの新しい「島」が発芽して成長していますが、図 1b では島がはるかに少なく、表面はほぼ完全に平坦です。そのため、シュウ酸塩は結晶化を阻害することはできますが、溶液中のイオンに影響を与える (キレート化) ことはできません。最終的に、シュウ酸は閾値阻害剤と同様の影響を及ぼし、多くの閾値阻害剤と同様の方法で作用します — 結晶成長に重要な部位に付着します.

これらの調査結果は、Journal of Crystal Growth で最近公開された「硫酸バリウム結晶化に対するシュウ酸イオンの影響」というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、カーティン大学の Franca Jones、Mark I. Ogden、Tomoko Radomirovic によって実施されました。


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