低磷共聚物水处理剂对黄铜的缓蚀作用

Posted 2023-01-13 水处理剂

篇首语：五陵年少金市东，银鞍白马渡春风。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了低磷共聚物水处理剂对黄铜的缓蚀作用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

王晨1，2，宋存义1，陈月芳1(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；2.山东轻工业学院轻化与环境工程系，济南250100)
为满足环境保护对工业循环冷却水处理剂低磷含量的要求，合成了磷含量低于4%的共聚物循环冷却水处理剂。红外分析表明，低磷共聚物分子结构中含有羧酸基(1719cm-1)、磺酸基(1038cm-1、1181cm-1)、膦酸基(776cm-1、1006cm-1、1126cm-1)等功能基团。本工作采用静态腐蚀实验、试片表面元素分析和电化学方法研究了低磷共聚物在水溶液中对黄铜的缓蚀作用。
1 实验部分
HS-70-1B黄铜试片，经金相砂纸逐级打磨，用丙酮和无水乙醇清洗后冷风吹干。试液为含有氯化钙(7.35×102mg/L)、硫酸镁(4.93×102mg/L)、氯化钠(6.58×102mg/L)和碳酸氢钠(1.68×102mg/L)的配制冷却水。低磷共聚物浓度为8mg/L。
腐蚀实验基本条件是：试片尺寸20mm×10mm×1mm，介质体积与试片面积比为20ml.cm-2，试液pH值为9.0，通气量为120ml/min，试片线速度0.33m/s，试验温度为45±1℃，试验时间240h。腐蚀实验结束后，用能量分散X射线分析法(EDX)分析试片表面的元素组成。
电化学测量以饱和甘汞电极为参比电极，以铂(Pt)电极为辅助电极，工作电极为黄铜，暴露面积为2.0cm2，环氧树脂封装。采用EG&G公司M273恒电位仪进行测量，扫描范围为-400mV至+600mV，扫描速度为0.166mV/s。数据处理采用M352腐蚀分析软件。
2 结果与讨论
2.1 静态缓蚀实验图

1是腐蚀实验前后黄铜试片照片。对比照片可以看出，不加低磷共聚物试验后的黄铜试片上出现大面积的暗红色腐蚀痕迹，腐蚀明显，如图1(b)所示；介质试液中加入低磷共聚物的黄铜试片腐蚀不明显，试片有彩虹状光泽，如图1(c)所示。说明低磷共聚物在实验条件下能在黄铜试片表面吸附，对黄铜试片具有良好的缓蚀作用。黄铜试片的腐蚀率及低磷共聚物的缓蚀率计算公式如下：

静态腐蚀实验数据及计算结果如表1所示。不加共聚物黄铜试片的腐蚀率为0.01531mm/a，介质试液中加入低磷共聚物的黄铜试片的腐蚀率为000456mm/a。在实验条件下，低磷共聚物能降低黄铜试片的腐蚀率；低磷共聚物在介质试液中的浓度为8mg/L时，对黄铜试片的缓蚀率为70.2%。
2.2 腐蚀实验试片表面元素组成分析
表2是试片表面元素组成EDX分析结果。不加共聚物的空白实验中黄铜试片腐蚀严重，表面元素主要为Cu和Zn，同时检测出了C、O和S。根据试片的腐蚀情况、介质试液组成和EDX分析中试片的预处理方法，分析认为[2，3]，O和S来自于试液中的O2或SO2-4、CO2-3等阴离子与Zn或Cu的离子形成的腐蚀产物；C可能来自于试片的镀碳膜处理，或来自于CO2-3阴离子与Zn或Cu的离子形成的腐蚀产物。

在介质试液中加入低磷共聚物的腐蚀实验中，黄铜试片没有明显腐蚀发生，元素组成为Cu、Zn、C、O、P、S。由于P只能来自于低磷共聚物，因此可以认为除部分C可能来自于试片的镀碳膜处理以外，C、O、P、S主要来自于吸附在黄铜试片表面的低磷共聚物。低磷共聚物通过羧酸基、膦酸基等强配位基团中氧原子上的孤对电子与Cu、Zn离子的空轨道作用，形成络合物使低磷共聚物覆盖在试片表面活性位置，有效抑制了金属腐蚀反应的发生，起到了良好的缓蚀作用。
2.3 电化学极化曲线实验

图2是空白试液和加入低磷共聚物试液的黄铜试片的极化曲线。从图中可以看出，加入共聚物后，黄铜电极自然腐蚀电位正移；阳极极化曲线的塔菲尔斜率增大，极化电流减小。
空白介质试液中黄铜电极的腐蚀电位Ecorr为-126.1mV，加入低磷共聚物后腐蚀电位Ecorr为-59.97mV，ΔEcorr>0，可以判断低磷共聚物以阳极抑制作用为主。说明低磷共聚物对黄铜电极的阳极电化学过程有明显阻滞作用，使黄铜电极自然腐蚀电位正移。空白介质试液中腐蚀电流密度Icorr为9.126μA/cm2，加入低磷共聚物后腐蚀电流密度Icorr为234μA/cm2，可以认为低磷共聚物在黄铜试片表面的吸附存在“活性位置覆盖效应"。低磷共聚物通过羧酸基、膦酸基等配位基团首先与试片表面的Cu+、Zn2+等离子形成络合物，吸附在试片表面，降低了电极反应活性，阻止试片表面的金属离子向介质试液扩散，与空白实验相比腐蚀电流密度减小[4，5]。
3 结论
介质试液中加入8mg/L的自制低磷共聚物能对黄铜试片起到良好的缓蚀作用。试片表面元素分析和电化学极化曲线实验表明，抑制黄铜腐蚀发生的主要原因为：低磷共聚物在黄铜试片表面活性位置的吸附阻滞了黄铜电极的阳极电化学过程。