绿色环保型软化水缓蚀剂的研究

Posted 2023-01-13 浓度

篇首语：人并不是因为美丽才可爱，而是因为可爱才美丽。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了绿色环保型软化水缓蚀剂的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

随着人们环保意识日益加强，近年来“绿色化学"及其技术的应用已经成为环境保护和防止污染的重要方面〔1〕，“绿色药剂"的概念已被提出并成为21世纪水处理剂的发展方向〔2〕，新型缓蚀剂要围绕性能、环境和经济三大目标，根据绿色化学原理和观点来设计研究。我们所研究的软化水缓蚀剂就是一种无磷、非氮和不含有毒金属的绿色环保型缓蚀剂。
软化水与一般的新鲜水、工业循环水相比，具有强得多的腐蚀性。软化水输送管道〔3〕和软化水循环系统均存在着严重的腐蚀问题。目前，国内外解决此问题最常见最经济的方法是加入高浓度的NaNO2或含NaNO2的复合剂作缓蚀剂，虽然其成本低廉且缓蚀效果优良，但由于NaNO2的强致癌性(1976，美国NIOSH检查出了NaNO2和同一溶液中的有机胺形成致癌物亚硝胺，1977年，日本也在金属加工润滑冷却液中检查出了致癌的亚硝基二乙醇胺)，存在着严重的环境污染问题，其使用范围受到越来越多的限制，人们已将研究方向转向一些低毒、无毒的化合物，钼酸盐就是其中之一。而单独使用钼酸盐作缓蚀剂，虽然其环保性不容质疑，但缓蚀性能不理想，使用起来也不经济。有关钼酸盐和其它缓蚀剂协同缓蚀作用的研究十分活跃，以钼酸盐为主体的复合缓蚀剂成为最受关注并进入大范围采用的新型缓蚀剂〔4〕。
据文献〔5〕报道，以钼酸盐和羧酸酰胺为主的复合体系在除盐水中对碳钢存在明显的缓蚀协同效应，该复合药剂是一种性能优良的除盐水缓蚀剂，但Cl-对其有极大的影响，不宜在含Cl-的水质中使用，因此，并非真正意义的软化水缓蚀剂。在文献〔5，6〕的试验研究的基础上，我们研究了一种含钼酸盐的复合药剂配方，该缓蚀剂不仅适合在除盐水(去离子水、蒸汽冷凝水)中使用，而且适合于高温高含盐软化水，是一种广谱的绿色环保型软化水缓蚀剂，是NaNO2较理想的替代品。
1 试验部分
1.1 试验用水
(1)软化水：取自武汉石油化工厂锅炉车间阳床之出水，用氨水调pH至7 0～8 0后作为试验用软化水。调节前后的几项水质分析数据见表1。
(2)配制水：由上述加氨后软化水添加NaCl、K2SO4溶液至试验需要量配制而成。
1.2 试验仪器
RCC—Ⅰ旋转挂片仪，江苏高邮仪器厂提供；计算机控制的CorrTest电化学测试系统，华中理工大学化学系提供。
1.3 试验材质
试片：A3碳钢，40mm×13mm×2.0mm；电化学测试的工作电极为聚四氟乙烯镶嵌的A3碳钢。
1.4 试验方法
旋转挂片失重法(化工行业标准HG/T2159—1991)筛选软化水缓蚀剂，并确定配方；动电位扫描法测试其缓蚀机理，并评价其缓蚀性能。
1.5 试验条件
旋转挂片测试法：80℃、2.0L/杯、72h、试片线速率0.315mm/s、不浓缩；电化学测试法：参比电极为甘汞电极，辅助电极为铂电极，电极面积为1.0cm2，扫描速度为0.5mV/s，试验介质温度为80℃。
2 结果与讨论
2.1 软化水缓蚀剂的筛选
在中性介质中，可用作黑色金属缓蚀剂的物质大概有如下几类：
(1)无机缓蚀剂；
(2)磷系缓蚀阻垢剂；
(3)胺类缓蚀剂；
(4)酸洗缓蚀剂；
(5)表面活性剂；
(6)羧酸或羧酸盐。我们对其分别进行了试验，从中筛选了几种对软化水有很好缓蚀作用的绿色化学药品。
2.1.1 不宜用于软化水的缓蚀剂
经试验发现(见表2)，磷系缓蚀阻垢剂、胺类及酸洗缓蚀剂等在软化水中对A3碳钢的缓蚀作用很差，不宜用作软化水缓蚀剂。
2.1.2 对软化水有较好缓蚀作用的缓蚀剂
试验结果见表3。
由表3可知，可用于软化水缓蚀效果较好的绿色环保型缓蚀剂有钼酸钠等7种，其中特别是三种表面活性剂缓蚀性能突出。通过考察相互之间的缓蚀协同效应和水溶性、成本等各方面的因素，我们选择其中的钼酸钠、烷醇酰胺等四种药剂复合作为软化水缓蚀剂的主要成分，编号分别为A、B、C、D。
2.2 正交复合试验
确定A、B、C、D的试验质量浓度范围分别为10～20mg/L、5～15mg/L、20～50mg/L、10～30mg/L，且将这四个因素在对应的浓度范围内分成三水平，选L9
(3)4正交试验表，结果见表4。
对表4数据进行极差和方差分析，得出最佳方案为A1B1C1D3。将这四组分按最佳比例复合，加少量其它添加剂，命名为MYN—4绿色环保型软化水缓蚀剂。其主要物化指标见表5。

2.3 缓蚀性能及其机理
2.3.1 缓蚀性能
不同水质条件下MYN—4的缓蚀效果见表6。由表6可见，MYN—4软化水缓蚀剂缓蚀性能优良，适合在各种不同水质状况的软化水中使用，其使用量与软化水中SO42-、Cl-等腐蚀性离子的浓度有关。
2.3.2 缓蚀机理
应用CorrTest腐蚀测试仪系统，用动电位扫描法，研究了A3钢在软化水溶液和加有不同浓度MYN—4缓蚀剂的软化水溶液中的极化曲线。相应极化曲线采用弱极化区三参数最小方差拟合，计算出腐蚀体系的四个主要参数io、BA、BC和R，见表7。其中，io为腐蚀电流密度，mA/cm2；BA为阳极极化曲线的塔菲尔斜率，mV；BC为阴极极化曲线的塔菲尔斜率，mV。
对碳钢而言，腐蚀速率R=io×11.7(mm/a)。
从表7来看，50mg/L的MYN—4反而加速了腐蚀，100mg/L的MYN—4缓蚀率仅为25%，而当MYN—4质量浓度增加到200mg/L后，缓蚀率急剧上升。此外，随MYN—4浓度的增加，自然腐蚀电位正移，表明电极表面的成膜过程随浓度增加而得到加强。

以上测试表明，MYN—4是一种抑制阳极极化为主的混合型缓蚀剂。但要注意：当浓度不足时，反而会加速腐蚀，只有当质量浓度达到200mg/L后，才具有明显的缓蚀作用。
2.4 影响缓蚀效果的因素
试验发现，在相同水质条件，相同MYN—4浓度的情况下，MYN—4的缓蚀率随温度的升高而降低，随SO42-、Cl-等腐蚀性离子浓度升高而降低，也就是说，在高温，高浓度SO42-、Cl-的软化水中，要达到满意的缓蚀效果，可以适当提高MYN—4的使用浓度来解决。
3 结论
(1)磷系缓蚀阻垢剂、胺类及酸洗缓蚀剂等不宜用作软化水缓蚀剂；
(2)MYN—4缓蚀剂是一种由钼酸钠、烷醇酰胺等绿色化学品复合而成的高效绿色环保型软化水缓蚀剂，是亚硝酸钠较理想的替代品；
(3)MYN—4软化水缓蚀剂不仅适合在除盐水中使用，而且适合在高温，高含SO42-、Cl-的软化水中使用，但其投加浓度与水温及SO42-、Cl-的浓度等有关，一般为200～500mg/L；
(4)MYN—4软化水缓蚀剂是一种抑制阳极极化为主的混合型缓蚀剂。