ارزش‌افزایی ضایعات زعفران به عنوان بازدارنده‌های مقیاس‌گذاری کارآمد و سبز

ارزش‌گذاری بیوماس و استفاده از عصاره‌های گیاهی به‌عنوان مهارکننده‌های سبز جدید رسوب‌گذاری، از جمله نوآورانه‌ترین موضوعات تحقیقاتی هستند. در این راستا، این مطالعه با هدف ارزیابی اثربخشی دو عصاره از ضایعات زعفران (Crocus Sativus L) در برابر تشکیل رسوب کلسیمی انجام شده است، که عبارتند از عصاره آبی برگ (ALE) و عصاره آبی گلبرگ و پرچم (AEPS). روش‌های Folin-Ciocalteau و رنگ‌سنجی به ترتیب برای تعیین محتوای کل پلی‌فنول‌ها و فلاونوئیدها استفاده می‌شوند. سپس، خاصیت ضد رسوب عصاره‌های مورد بررسی با استفاده از آزمایش هدایت‌سنجی و تکنیک آزمایشگاه شیمی و مهندسی محیط‌زیست (LCGE) در دمای 25 درجه سانتی‌گراد تعیین می‌شود.

پس از آن، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، رسوب تشکیل‌شده در طول آزمایش‌های LCGE بررسی می‌شود.به منظور پشتیبانی از یافته‌های تجربی، شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (MD) و محاسبات نظریه تابعی چگالی (DFT) انجام شد. داده‌های به‌دست‌آمده نشان دادند که AEPS دارای غلظت بالاتری از پلی‌فنول‌ها و فلاونوئیدهای کل نسبت به ALE است. مهار کامل پس از افزودن 60 میلی‌گرم در لیتر از AEPS به محلول کلسو-کربنیک با سختی 40°F رخ می‌دهد، در حالی که مقدار 82 میلی‌گرم در لیتر از ALE غلظت بهینه برای مهار کامل تشکیل CaCO3 بود. این موضوع به ما اجازه می‌دهد نتیجه‌گیری کنیم که اثربخشی ضد رسوب با محتوای پلی‌فنول‌ها و فلاونوئیدها در عصاره‌های CSL مرتبط است. تحلیل‌های SEM و FTIR نشان دادند که بلورین شدن CaCO3 بدون بازدارنده، به صورت کلسیت با فرم رومبوهدرال پایدار است.

با این حال، حضور غلظت کم از AEPS (20 میلی‌گرم در لیتر) منجر به تغییر قابل‌توجهی در مورفولوژی CaCO3 و ترکیبی از فازهای واترایت و کلسیت شد.نتایج نظری با بازده‌های ضد رسوبی که به صورت تجربی گزارش شده‌اند، همخوانی دارند. بر اساس این نتایج، بیوماس CSL می‌تواند یک منبع تجدیدپذیر جالب برای مهارکننده‌های دوستدار محیط زیست و کم‌هزینه رسوب‌گیری باشد.

The valorization of biomass and the use of plant extracts as new green inhibitors of scaling are among the most innovative research topics. In this light, this study aims to evaluate the effectiveness of two extracts of Crocus Sativus L (CSL) wastes towards the formation of calcareous scale, namely the Aqueous Extract of Leaf (ALE) and the Aqueous Extract of Petal and Stamen (AEPS). Folin-Ciocalteau and colorimetric methods are used to determine the total polyphenols and flavonoids contents, respectively.

Then, the anti-scaling property of the investigated extracts is determined using a conductivity test and the Laboratory of Chemistry and Genie of the Environment (LCGE) technique at a temperature of 25 °C. After that, scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analyses are employed to examine the formed scale during the LCGE tests. To support the experimental findings, Molecular Dynamic (MD) simulations and Density Functional Theory (DFT) calculations are carried out. The data obtained revealed that AEPS has a higher concentration of total polyphenol and flavonoids than ALE. Total inhibition occurs after the addition of 60 mg‧L-1 of AEPS to the calco-carbonic solution with a hardness of 40°F. Whereas an amount of 82 mg‧L-1 of ALE was the optimal concentration to completely inhibit CaCO3 formation.

This allows us to conclude that the anti-scaling effectiveness is correlated with polyphenols and flavonoids contents in CSL extracts. SEM and FTIR analyses reveal that the crystallization of CaCO3 without inhibitor was a stable variety of calcite with a rhombohedral form. However, the presence of a low concentration of AEPS (20 mg‧L-1) resulted in a significant modification on the morphology of CaCO3 and a mixture of vaterite with calcite phases. The theoretical outcomes agree with the anti-scaling efficiencies reported experimentally. Based on these results, the CSL biomass could be an interesting renewable source of eco-friendly and inexpensive inhibitors of scaling.