Les additifs biosourcés résolvent les problèmes de performance dans les formulations de traitement de l’eau à usage intensif


Les produits biosourcés deviennent un partenaire incontournable dans la lutte pour réduire l’impact de l’activité industrielle sur le climat et l’environnement. Cependant, il existe encore une idée fausse sur les performances de ces technologies. Il est prouvé que les matériaux biosourcés peuvent être aussi performants, voire meilleurs, que les technologies fabriquées avec des procédés traditionnels ou des matières premières à base de pétrole. Cet article examine comment un nouveau procédé chimioenzymatique peut relever le défi de trouver des matériaux et des procédés respectueux de l’environnement et rentables sans compromettre les performances dans les applications de traitement de l’eau. Ce processus unique permet la fabrication de blocs de construction qui soutiendront le développement de formulations d’eau de refroidissement efficaces avec un meilleur profil environnemental.

introduction

Solugen a développé et étend actuellement une plateforme technologique chimioenzymatique différenciée. Ce processus utilise des enzymes hautement efficaces et de nouveaux catalyseurs métalliques pour produire des produits acides organiques et du peroxyde d’hydrogène à partir de matières premières biosourcées durables et produites localement. Ces blocs de construction ont été conçus pour répondre au besoin de technologies plus vertes avec des performances améliorées.

Le but de cet article est de démontrer comment l’utilisation d’une nouvelle classe de produits chimiques biosourcés (un acide carboxylique hydrophile (HCA) et un acide dicarboxylique hydrophile (HDA)) peut relever des défis techniques tels que les effets des ions métalliques traces (Fe3+ et Cu2+) sous le contrôle de CaPO4 le tartre, les piqûres et la corrosion induites par le cuivre tout en permettant des programmes de traitement de l’eau à faible teneur en phosphore et une optimisation de la formule.

Profil environnemental

Bien que le profil environnemental des produits de traitement de l’eau se soit amélioré au fil des décennies, les produits de traitement de l’eau courants d’aujourd’hui ne sont pas sans danger pour l’environnement.1

Alors que bon nombre de ces produits répondent au besoin de contrôler la corrosion et la formation de tartre, ils contiennent généralement du phosphore, de l’azote ou des métaux lourds tels que le zinc ou le molybdène. Les produits à base de phosphore peuvent entraîner une eutrophisation qui accélère la croissance des algues et d’autres plantes qui réduisent la qualité de l’eau pour les communautés locales, les municipalités et les usages récréatifs. Aux États-Unis, l’eutrophisation est estimée à 2 milliards de dollars de dommages par an.2

Les phosphates, les azoles et le zinc contribuent à l’eutrophisation nocive ou à la toxicité aquatique lorsqu’ils sont rejetés dans le milieu aquatique. Les molécules fabriquées par Solugen’s BioforgeMT, connu sous le nom d’AcquaCoreMT série, ne contient que du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène et ne contient aucune impureté de fabrication résiduelle. Cette molécule se présente principalement sous deux variantes différentes, HCA et HDA.

Les molécules HCA et HDA n’apportent pas d’azote ou de phosphore à l’environnement et réduisent le besoin de triazoles, de phosphonates et de polyacrylates dans une formulation de traitement de l’eau. De plus, les HCA et HDA de Solugen ont tous deux une analyse de cycle de vie favorable3 pour les émissions de gaz à effet de serre par rapport aux procédés chimiques conventionnels. Pour chaque tonne de produit AcquaCore de Solugen utilisée en remplacement de l’acide hydroxyéthylidène diphosphonique (HEDP), plus de 3 tonnes d’équivalents de gaz à effet de serre sont réduites.3

HCA et HDA sont des technologies efficaces pour contrôler les ions métalliques

Il est bien établi dans la littérature précédente que les ions solubles peuvent avoir un impact sur les performances des programmes de traitement de l’eau. Fer, en particulier Fe+3, réduit l’efficacité des inhibiteurs du phosphate de calcium.5 La présence de Cu soluble+2 augmente considérablement la corrosion du fer, de l’aluminium et de l’acier galvanisé grâce au placage réducteur et à la corrosion galvanique.6 De plus, le cuivre favorise la formation de composés solubles ou insolubles avec les benzotriazoles. Lorsqu’ils sont complexés, les benzotriazoles sont moins aptes à fonctionner comme inhibiteurs de corrosion. Les ions cuivre étant des catalyseurs d’oxydation bien connus, cette formation complexe est également susceptible de contribuer à la décomposition oxydative des azoles solubles.

Lors de l’ajout de HCA et HDA à une formulation, ils forment des complexes stables avec de nombreux cations métalliques que l’on trouve couramment dans les systèmes d’eau de refroidissement. Le tableau 1 montre certaines des constantes de stabilité connues de ces complexes. La haute affinité pour Cu+2 et Fe+3 est particulièrement pertinent en raison des problèmes de performance associés à ces ions.

Un exemple de l’efficacité de la série AcquaCore est la gestion des piqûres induites par le cuivre dans l’acier au carbone dans les tours de refroidissement.

Il est connu que l’eau des tours de refroidissement est extrêmement corrosive pour les équipements en acier au carbone et que le cuivre soluble entraîne une corrosion de l’acier à plus forte teneur en carbone. La corrosivité dépend des conditions du procédé, de l’environnement extérieur et du traitement de l’eau. Le HCA présente des propriétés d’inhibition de la corrosion sur plusieurs métaux. Il forme des complexes stables avec les ions métalliques, qui sont utilisés dans les formulations d’inhibiteurs de corrosion. Il stabilise également les traces d’ions nocifs contenus dans l’eau de source ou dus aux produits de corrosion. Dans une étude menée par Solugen, l’ajout de HCA entrave considérablement la corrosion induite par le cuivre de l’acier au carbone (Figure 2).

Avantages de l’utilisation de HCA et HDA dans les formulations de traitement de l’eau à usage intensif

Les chimies HCA et HDA offrent une solution qui permet à l’industrie de développer des formulations de traitement de l’eau différenciées avec des performances et un profil environnemental améliorés en raison de leurs propriétés inhérentes d’inhibition de la corrosion, de leur capacité à chélater les ions métalliques nocifs et de leur compatibilité avec les amines quaternaires et les biocides oxydants.

L’ajout des technologies de Solugen aux formulations d’inhibiteurs de corrosion du cuivre ou du métal jaune permet la réduction du benzotriazole et du tolyltriazole (TTA). Cela résout les principaux problèmes lorsque l’on travaille avec des triazoles : 1) la famille des triazoles d’intermédiaires est connue pour être réactive avec les biocides halogénés et peut être désactivée par précipitation avec du cuivre soluble, et 2) les problèmes environnementaux dus à leur toxicité aquatique.

Dans la section suivante, vous trouverez des exemples de la façon dont l’ajout des technologies de Solugen dans des formulations à usage intensif telles que le zinc alcalin et un phosphate stabilisé réduira la quantité de produits chimiques nocifs utilisés tout en offrant des performances égales ou supérieures à la formulation traditionnelle. Veuillez noter que les tests suivants ont été effectués à 40˚C, en utilisant une électrode C1018, en utilisant un barbotage d’air constant et une barre d’agitation réglée à 200 tours par minute (RPM).

Formulations de zinc alcalin

Les produits de zinc alcalin sont un choix populaire pour traiter les systèmes de recirculation ouverts lorsque des conditions de corrosion sévères existent. Dans cette étude, une formulation alcaline typique de zinc est comparée à une formule modifiée dans laquelle les niveaux de zinc, de phosphate, d’inhibiteurs de tartre et d’azole ont été réduits et du HCA a été ajouté à différentes concentrations.

La figure 3 démontre la capacité du HCA à réduire le besoin en zinc, phosphate, azole et inhibiteurs de tartre dans la formulation. Lors de l’ajout de 10 ppm de HCA, le niveau d’inhibition de la corrosion était équivalent. En comparaison, lorsque la concentration de HCA a été augmentée à 20 ppm, l’étude a montré une amélioration des performances de corrosion.

Formulations de phosphate stabilisé

Les produits à base de phosphate stabilisé ont été introduits en remplacement du chromate à la fin des années 1970 et sont devenus largement acceptés sur le marché de l’industrie lourde où le contrôle du pH est la norme et où des conditions sévèrement corrosives sont observées. Les résultats suivants illustrent comment le HCA peut jouer un rôle dans ce type de formulation de traitement de l’eau.

Les résultats ci-dessous indiquent que les performances d’inhibition de la corrosion des programmes de phosphate stabilisé peuvent être considérablement améliorées grâce à l’ajout de 5 ppm de HCA. Les données suggèrent également que la dose de phosphate peut être réduite de moitié tout en maintenant un niveau similaire d’inhibition de la corrosion.

Conclusion

La série innovante non toxique AcquaCore de Solugen offre une fonctionnalité unique dans les programmes de traitement de l’eau en atténuant les effets des traces de fer ferrique et de cuivre. Les avantages de l’ajout de HCA et HDA dans les formulations de traitement de l’eau sont :

  • Atténuation de la corrosion galvanique due au placage de cuivre sur les métaux sensibles.
  • Amélioration de l’activité des azoles permettant une utilisation réduite des azoles.
  • Amélioration des propriétés inhibitrices du cuivre des azoles en présence de biocides halogènes.
  • Fonctionnalité en tant qu’ingrédient dans les formulations non-P et non-P-non métalliques.
  • Performances améliorées et teneur en phosphore réduite dans les programmes actuels de traitement de l’eau.
  • Optimisation des formules.
  • Fabrication nationale et disponibilité à l’échelle mondiale.

Les technologies de Solugen présentent des solutions évolutives, efficaces et durables aux problèmes posés par les actifs de traitement de l’eau d’aujourd’hui et permettent des produits plus écologiques efficaces pour demain.

Les références

  1. Rey, Suzanne. « Carbon Steel Corrosion Control in the Past Twenty Years and in the New Millennium » Document présenté à l’Association of Water Technology Conference 2000.
  2. Gledhill, William E et Tom CJ Feijtel. « Propriétés environnementales et évaluation de la sécurité des phosphonates organiques utilisés pour les applications de détergent et de traitement de l’eau. » Essai en Le manuel de chimie de l’environnement 3, édité par Hutzinger, Fed. Vol. 3. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1992.
  3. Analyse du cycle de vie, Life Cycle Associates, 2020.
  4. Smith, Robert M. et Arthur Earl Martell. Constantes de stabilité critiques. New York : Plenum Press, 1989.
  5. Shen, Dong, Shcolnik, David, Perkins, Randall, Taylor, Grahame et Mike Brown. « Évaluation des inhibiteurs de tartre dans les eaux à haute teneur en fer de Marcellus » Essai dans Installations pétrolières et gazières, Société des ingénieurs pétroliers, 2012.
  6. Fox, Katherine, Tate, Carol, Treweek, Gordon, Trussell, R. Rhodes, Bowers, A. Eugene, McDuire, Michael et Dale Newkirk. Corrosion induite par le cuivre des tuyaux en acier galvanisé. Agence de protection de l’environnement des États-Unis, 1989.

Frederyk Ngantung est vice-président des produits chez Solugen, où il dirige une équipe multidisciplinaire pour développer des produits à émission de carbone négative pour répondre aux besoins non satisfaits sur des marchés tels que le traitement de l’eau, l’agriculture, l’alimentation et les boissons, entre autres. Avec plus de 15 ans d’expérience, notamment dans une société de capital-risque et trois startups de produits chimiques biosourcés, Ngantung a développé une expertise approfondie dans la mise sur le marché de produits biosourcés.

LoongYi Tan est le directeur des produits chez Solugen, où il commercialise les produits de traitement de l’eau à base biologique de Solugen pour répondre au besoin du client de solutions de refroidissement hautes performances et respectueuses de l’environnement.

Jun Su An est le directeur des produits chez Solugen. An possède une vaste expérience et des connaissances dans le développement de solutions nouvelles, novatrices et optimisées dans diverses industries, y compris le secteur du traitement des eaux industrielles. Son expertise comprend le génie chimique, la fabrication, les applications/formulations et le développement de produits.

Chris Arceo est le scientifique principal de Solugen. Arceo travaille comme chimiste depuis plus de 20 ans, avec plus de 10 ans d’expérience dans les formulations anticorrosion. Son expertise comprend la corrosion aigre-douce et l’analyse d’échantillons métalliques après analyse.

Carolina Ramirez est la responsable du marketing produit de Solugen. Elle a une riche expérience avec 15 ans dans l’industrie chimique.



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