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水处理剂腐植酸钠的缓蚀性能协同效应有哪些?

发布时间:2019/06/20 点击量:
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/T2159—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

    3.1HA-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。

    3.2HA-Na与Zn2+的协同效应

    锌盐和许多沈阳水处理设备,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Zn2+和HA-Na的缓蚀协同效应,测试了不同用量的HA-Na和Zn2+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Zn2+复配使用表现出较好的协同作用,其原因可能是HA-Na能使Zn2+稳定地存在于溶液中。

 
 


    3.3HA-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。

    3.4HA-Na与Zn2+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。

    

 

    3.5HA-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。
    (2)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。