绿色水处理剂聚天冬氨酸缓蚀协同效应的研究

Posted 2023-01-13 效应

篇首语：少年意气强不羁，虎胁插翼白日飞。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了绿色水处理剂聚天冬氨酸缓蚀协同效应的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

李辉张冰如李风亭(同济大学环境科学与工程学院，污染控制与资源化国家重点实验室，上海200092)
1水处理缓蚀剂的发展与绿色化
供水系统的设备广泛地采用碳钢来制造，一般工业水对碳钢具有强烈的腐蚀性。使用缓蚀剂是既经济又实用的防护措施，对节水、节能降耗、保证工业生产装置安全稳定运行、发挥了十分重要的作用，冷却水用缓蚀剂发展经历了如下几个阶段：铬酸盐系列、亚硝酸盐系列配方、(聚)磷酸盐配方，以及钼酸盐、硅酸盐、钨酸盐、锌盐，膦系全有机配方、膦羧(磺)酸全有机等系列配方。为了降低缓蚀剂在使用过程中对环境和人类造成的危害，人们开始有意识地从源头控制磷污染物的产生，从而推动了低磷、无磷配方的迅速发展，低磷、无磷的绿色水处理剂已成为国内外水处理剂研制方面的热点课题[2-5]无磷、生物可降解绿色缓蚀阻垢剂聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸的开发，表明绿色缓蚀阻垢剂已成为水处理药剂发展的方向。
同济大学的张冰如、李风亭自2001年以来，利用上海市教委曙光计划开展了聚天冬氨酸合成与应用的研究，取得了成果，并於2004年获得了上海市科技进步二等奖。研究表明，聚天冬氨酸对CaCO3、CaSO42H2O、BaSO4、SrSO4垢有极其优良的阻垢性能，是一种多功能的阻垢剂，并具有一定的缓蚀性能，可与多种药剂复配组成绿色配方(无磷或低磷)，应用前景广阔。
2实验方法
2.1实验药剂

2.2缓蚀性能测定
参照《中华人民共和国化工行业标准水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法》HG/T2159-91，在动态腐蚀测试仪上进行缓蚀性能实验，温度45℃，转速75r/min，碳钢试片：A3碳钢50mm×25mm×2mm。实验用水：上海市自来水，水质分析见表2。

2.3极化曲线测试
采用恒电位法测定极化曲线。实验仪器主要有PS-168C型电化学测量系统、盐桥、碳钢工作电极、饱和甘汞电极和铂电极。
3结果与讨论
3.l聚天冬氨酸PASP对碳钢的缓蚀作用

这些实验数据说明PASP具有明显的缓蚀作用。
3.2PASP与HEDP、Zn2+组成的二元体系对碳钢的缓蚀协同作用
为了研究PASP、HEDP、Zn2+两两相互间的缓蚀协同效应，测试了不同用量的PASP与HEDP、PASP与Zn2+、HEDP与Zn2+分别组成的二元体系对碳钢的缓蚀性能，如图2、3、4所示。此二元体系中药剂的总浓度为24mg/L，从图中可以看出：

(1)在PASP、HEDP、Zn2+之间任意两种组分组成的二元体系中，其二元体系的组成与腐蚀率的关系曲线都呈凹形，说明PASP与HEDP、PASP与Zn2+、HEDP与Zn2+对碳钢的缓蚀都或多或少地存在着协同效应。
(2)PASP在单独使用时，其浓度为24mg/L的缓蚀率几乎为零，而与HEDP或Zn2+联合使用后，缓蚀率有不同程度的增加。从图2中看出PASP与HEDP的二元体系中，当PASP与HEDP的配比为1：5(4mg/L的PASP和20mg/L的HEDP)时，缓蚀效果最好，对碳钢的腐蚀速率为0.0670mm/a，缓蚀率为94.60%，说明PASP与HEDP有一定的缓蚀协同效应。而PASP与Zn2+组成的二元体系中，当20mg/L的PASP和4mg/L的Zn2+配合时，其缓蚀效果最好，对碳钢的腐蚀速率为0.0105mm/a，缓蚀率为99.15%，说明PASP与Zn2+有很好的缓蚀协同效应。
(3)单独的HEDP对碳钢的缓蚀性能很好，但由于含磷，应尽量减少其用量。单独的Zn2+缓蚀效果较差，如24mg/L的Zn2+对碳钢的腐蚀速率为1.1425mm/a，缓蚀率仅为5.93%。与PASP配合使用后，其缓蚀效果有明显提高，显示出缓蚀协同效应。
3.3PASP、HEDP、Zn2+组成的三元体系对碳钢的缓蚀协同作用
从3.2中我们知道PASP、HEDP、Zn2+这三种成分中两者之间均存在协同效应，因此当它们构成三元体系时，理论上应该有更好的缓蚀协同效应。由于锌对水生生物有毒性，排放标准为小于5mg/L，所以在循环冷却水中投加过多将会受到排放标准的限制，必须采用低锌配方。因此在PASP、EDP、Zn2+组成的三元体系中，我们把锌的浓度控制在2mg/L，组成的三元体系对碳钢的缓蚀协同效应的实验，结果如表3所示，药剂的总浓度仍为24mg/L。

从表3可以看出：
(1)在总药剂浓度不变、Zn2+的浓度在2mg/L的情况下，PASP、HEDP、Zn2+组成的三元体系，具有更好的缓蚀协同效应。
(2)在PASP、HEDP、Zn2+组成的三元体系中，PASP与HEDP的配比在相当宽的范围内，其腐蚀率<0.05mm/a，达到比较好的缓蚀水平。说明该PASP、HEDP、Zn2+三元体系具有更显著的缓蚀协同效应。
3.3极化曲线分析

图5是24mg/L聚天冬氨酸及其复配物在自来水中的极化曲线图，可看出，加入聚天冬氨酸后自腐蚀电位向正移，且阳极极化曲线的斜率增大，故属于阳极型缓蚀剂；与HEDP和锌离子复配后，自腐蚀电位基本与单独使用PASP的电位重合，且较空白试样正移，因此该复合缓蚀剂属阳极型缓蚀剂，该极化曲线的阴极极化有所加强，因此缓蚀率增大。
4结论
(1)PASP、分别与HEDP和Zn2+组成的二元体系，对碳钢具有缓蚀协同效应。
(2)PASP、HEDP、Zn2+两两之间，对碳钢均有缓蚀协同效应，它们组成的三元体系在更宽的范围内，具有更显著的缓蚀协同效应，在本实验条件下其腐蚀率<0.05mm/a，达到比较好的缓蚀水平。
(3)PASP、HEDP、Zn2+的三元体系具有明显的缓蚀协同效应，如果能加强这种缓蚀协同效应，就可使由PASP、HEDP、Zn2+为组成的复合药剂的缓蚀效应更好，且使用量减少。
(4)PASP与HEDP复配可组成低磷配方，例如本实验条件下当药剂组成为PASP(18mg/L)、HEDP(4mg/L)、(Zn2+2mg/L)时，磷含量<1.2mg/L，腐蚀率<0.05mm/a，缓蚀性能优良，属于低磷水处理配方。
(5)PASP具有一定的缓蚀效果，与其它药剂复配组成绿色配方(无磷或低磷)具有较好的协同效应，缓蚀性能优良，将有广泛的应用前景。