水处理剂腐植酸钠的缓蚀协同效应

Posted 葡萄糖

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摘要:通过动态旋转挂片实验,研究了水处理剂腐植酸钠(HA-Na)的缓蚀性能以及与Zn2+和葡萄糖酸钠复配的缓蚀协同效应。结果表明:HA-Na对碳钢有一定的缓蚀作用;与Zn2+复配有较好的协同效应,而与葡萄糖酸钠复配没有协同效应;但是,HA-Na,Zn2+ 和葡萄糖酸钠三者复配表现出优异的缓蚀性能。还探讨了HA-Na的缓蚀作用机理。

关键词:腐植酸钠;缓蚀作用;协同效应

1 引 言

目前国内外冷却水系统中常用的水处理缓蚀剂大多采用磷酸盐系列(简称磷系),由于磷的排放将引起周围水域的富营养化,促进菌藻的滋长形成“赤潮”,为此欧美发达国家已分别提出禁磷限磷措施,如德国要求磷的排放≤lmg/L等[1]。因此,开发低磷或无磷绿色水处理剂已成为当今水处理剂研究的主要方向。

腐植酸钠可由风化煤、褐煤等天然资源中方便地分离出来,使用成本低,无污染;其富含羧基、羟基等有机基团,具有离子交换、吸附、络合等性质及良好的分散性,且能有效地分散金属氧化物,在金属表面形成化学性质稳定的保护膜,表现出良好的阻垢、溶垢和缓蚀性能[2]。本工作研究了HA-Na的缓蚀作用以及HA—Na与无磷、非氮化合物的缓蚀协同效应,并从分子结构的角度探讨了影响HA-Na缓蚀性能的原因。

2 实验部分

2.1 腐植酸钠的制备[3]

将风化煤粉碎至60目,经酸洗脱钙处理后,混合碱液抽提,其抽提液通过沉降过滤,滤液经真空浓缩,恒温干燥得固体腐植酸钠。

2.2 实验方法

本研究采用失重法,按HG/T 2159—1991标准[4]进行。实验仪器为RCC-I型旋转挂片腐蚀试验仪;实验条件:温度(50±1)℃ ,试片材质为A3碳钢,实验溶液体积与试片面积比:32ml/cm2,转速75r/min,不预膜,实验时间72h,实验用水为太原理工大学自来水,水质分析见表l;试片处理:试片表面积均为28.0cm2左右,为获得均一的表面状态,对试片先用铁砂纸从粗到细打磨,最后用l#~6#金相砂纸打磨,用游标卡尺准确测量试片尺寸(精确到mm),计算整个试片的表面积。擦去试片表面的残屑,然后用无水酒精、丙酮脱脂,用电吹风(冷风)吹干。将干燥后的试片放在分析天平上称量(精确至0.1mg)。实验步骤:从试片挂入温度为(50±1)℃的试液中起计算时间,72h后取出试片,酸洗去除腐蚀产物,去离子水洗、干燥称重;同时做未加水处理剂时的空白试验;由试片在实验前后的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率。

3 结果与讨论

3.1 HA-Na的缓蚀作用

按2.2的实验条件对HA-Na的缓蚀性能进行了测定,实验结果见表2。从表2可以看出,HA-Na在较低用量时对碳钢即具有一定的缓蚀作用,随着药剂用量的增加缓蚀作用增强,在50mg/I 以上的较高用量时缓蚀效率可达到58%以上。

3.2 HA-Na与Zn2+的协同效应

锌盐和许多水处理剂有协同作用,价格便宜,成膜速度快[5],所以得到了广泛应用。为研究Zn 2+和HA-Na的缓蚀协同效应,测试了不同用量的HA-Na和Zn 2+复配使用时对碳钢的缓蚀性能,结果见表3。从表3可以看出,HA_Na和Zn 2+复配使用表现出较好的协同作用,其原因可能是HA-Na能使Zn 2+稳定地存在于溶液中。

3.3 HA-Na与葡萄糖酸钠的协同作用

葡萄糖酸钠是使用较早、近年来又重新被重视的一种多羟基羧酸型的水处理剂。它在水溶液中对Fe3+,Cu2+,Ca2+等离子均有较好的螯合能力,并对这些离子的许多盐类也有很好的去活化作用,对环境没有任何直接或间接的危害[6]。为研究葡萄糖酸钠和HA—Na的缓蚀协同效应,测试了不同用量的HA-Na和葡萄糖酸钠复配使用时对碳钢的缓蚀性能,结果见表4。可以看出,HA_Na和葡萄糖酸钠复配使用的效果一般不如它们单独使用时的效果好。这可能是因为,HA_Na与葡萄糖酸钠在水溶液中不易稳定存在,影响了各自的性能。

3.4 HA-Na与Zn 2+和葡萄糖酸钠的协同作用

为研究HA-Na,葡萄糖酸钠和Zn2+的缓蚀协同效应,测试了HA—Na与不同用量的葡萄糖酸钠和Zn2+复配使用时对碳钢的缓蚀性能,结果见表5。HA-Na为30mg/L,Zn +为2~10mg/L、葡萄糖酸钠为10~30mg/I 时,对碳钢的缓蚀率可达74 ~89 以上。配方中的Zn抖发挥了成膜速度快的优点,而葡萄糖酸钠结构中的多羟基很好地稳定了Zn2+,并因此减缓了羟基和HA-Na中羧基的作用,HA-Na的阻垢分散作用也能够充分发挥。该三元配方解决了HA—Na同Zn2+和葡萄糖酸钠单独复配时存在的问题,表现出了优异的缓蚀性能。

3.5 HA-Na的缓蚀作用机理探索

官能团是影响缓蚀剂缓蚀性能的主要因素。由于HA—Na分子中含有羟基、羧基等活性基团,这些基团带有较多的负电荷,可以向金属的空白轨道提供电子,使金属表面覆盖的Fe304,SiO2和CaCO3与HA—Na络合,而在金属表面形成稳定致密的化学吸附保护膜—— 电中性绝缘层,从而使金属表面与腐蚀介质隔开,减缓了金属表面的化学腐蚀,而达到缓蚀作用。

4 结论

(1)腐植酸钠单独使用时对碳钢即有一定的缓蚀作用;与Zn2+组成的二元配方对碳钢有较好的协同缓蚀作用;而与葡萄糖酸钠组成的二元配方对碳钢没有协同缓蚀作用,由它们组成的三元配方显示出极强的协同效应,在一定质量浓度范围内对碳钢的缓蚀率可达74 ~89%以上。

(2)腐植酸钠缓蚀作用的机理主要在于其分子中含有羟基、羧基等活性基团,使得HA-Na容易在金属表面形成稳定致密的化学吸附保护膜。

参考文献:
[1] 刘国华,奚旦立,李燕,等.环保型无磷复合水处理剂的研制[J].腐蚀与防护,2003,24(11):480-482.
[2] 郑平.煤炭腐植酸的生产和应用[M].北京:化学工业出版社,1991.128~ 132.
[3] 邹纲明,凌开成.腐植酸的表征及其钠盐的阻垢作用[J].煤炭转化,1994,17(2):43-46.
[4] HG/T 2159—1991.水处理剂缓蚀性能的测定——旋转挂片法[S].
[5] 何铁林.水处理化学品手册[M].北京:化学工业出版社,2000.187.
[6] 陆柱,蔡兰坤,陈中兴,等.水处理药剂[M].北京:化学工业出版社,2002-319. 

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