水處理劑腐植酸鈉的緩蝕協(xié)同效應(yīng)
摘要：通過動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)，研究了水處理劑腐植酸鈉(HA-Na)的緩蝕性能以及與Zn2+和葡萄糖酸鈉復(fù)配的緩蝕協(xié)同效應(yīng)。結(jié)果表明：HA-Na對(duì)碳鋼有一定的緩蝕作用；與Zn2+復(fù)配有較好的協(xié)同效應(yīng)，而與葡萄糖酸鈉復(fù)配沒有協(xié)同效應(yīng)；但是，HA-Na，Zn2+ 和葡萄糖酸鈉三者復(fù)配表現(xiàn)出優(yōu)異的緩蝕性能。還探討了HA-Na的緩蝕作用機(jī)理。
關(guān)鍵詞：腐植酸鈉；緩蝕作用；協(xié)同效應(yīng)
1 引 言
目前國內(nèi)外冷卻水系統(tǒng)中常用的水處理緩蝕劑大多采用磷酸鹽系列(簡(jiǎn)稱磷系)，由于磷的排放將引起周圍水域的富營養(yǎng)化，促進(jìn)菌藻的滋長形成“赤潮”，為此歐美發(fā)達(dá)國家已分別提出禁磷限磷措施，如德國要求磷的排放≤lmg／L等[1]。因此，開發(fā)低磷或無磷綠色水處理劑已成為當(dāng)今水處理劑研究的主要方向。
腐植酸鈉可由風(fēng)化煤、褐煤等天然資源中方便地分離出來，使用成本低，無污染；其富含羧基、羥基等有機(jī)基團(tuán)，具有離子交換、吸附、絡(luò)合等性質(zhì)及良好的分散性，且能有效地分散金屬氧化物，在金屬表面形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的保護(hù)膜，表現(xiàn)出良好的阻垢、溶垢和緩蝕性能[2]。本工作研究了HA-Na的緩蝕作用以及HA—Na與無磷、非氮化合物的緩蝕協(xié)同效應(yīng)，并從分子結(jié)構(gòu)的角度探討了影響HA-Na緩蝕性能的原因。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2．1 腐植酸鈉的制備[3]
將風(fēng)化煤粉碎至60目，經(jīng)酸洗脫鈣處理后，混合堿液抽提，其抽提液通過沉降過濾，濾液經(jīng)真空濃縮，恒溫干燥得固體腐植酸鈉。
2．2 實(shí)驗(yàn)方法
本研究采用失重法，按HG／T 2159—1991標(biāo)準(zhǔn)[4]進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)儀器為RCC-I型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀；實(shí)驗(yàn)條件：溫度(50±1)℃ ，試片材質(zhì)為A3碳鋼，實(shí)驗(yàn)溶液體積與試片面積比：32ml／cm2，轉(zhuǎn)速75r／min，不預(yù)膜，實(shí)驗(yàn)時(shí)間72h，實(shí)驗(yàn)用水為太原理工大學(xué)自來水，水質(zhì)分析見表l；試片處理：試片表面積均為28．0cm2左右，為獲得均一的表面狀態(tài)，對(duì)試片先用鐵砂紙從粗到細(xì)打磨，最后用l#～6#金相砂紙打磨，用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確測(cè)量試片尺寸(精確到mm)，計(jì)算整個(gè)試片的表面積。擦去試片表面的殘屑，然后用無水酒精、丙酮脫脂，用電吹風(fēng)(冷風(fēng))吹干。將干燥后的試片放在分析天平上稱量(精確至0．1mg)。實(shí)驗(yàn)步驟：從試片掛入溫度為(50±1)℃的試液中起計(jì)算時(shí)間，72h后取出試片，酸洗去除腐蝕產(chǎn)物，去離子水洗、干燥稱重；同時(shí)做未加水處理劑時(shí)的空白試驗(yàn)；由試片在實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量損失計(jì)算出腐蝕率和緩蝕率。
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3 結(jié)果與討論
3．1 HA-Na的緩蝕作用
按2．2的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)HA-Na的緩蝕性能進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出，HA-Na在較低用量時(shí)對(duì)碳鋼即具有一定的緩蝕作用，隨著藥劑用量的增加緩蝕作用增強(qiáng)，在50mg／I 以上的較高用量時(shí)緩蝕效率可達(dá)到58%以上。
3．2 HA-Na與Zn2+的協(xié)同效應(yīng)
鋅鹽和許多水處理劑有協(xié)同作用，價(jià)格便宜，成膜速度快[5]，所以得到了廣泛應(yīng)用。為研究Zn 2+和HA-Na的緩蝕協(xié)同效應(yīng)，測(cè)試了不同用量的HA-Na和Zn 2+復(fù)配使用時(shí)對(duì)碳鋼的緩蝕性能，結(jié)果見表3。從表3可以看出，HA_Na和Zn 2+復(fù)配使用表現(xiàn)出較好的協(xié)同作用，其原因可能是HA-Na能使Zn 2+穩(wěn)定地存在于溶液中。
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3．3 HA-Na與葡萄糖酸鈉的協(xié)同作用
葡萄糖酸鈉是使用較早、近年來又重新被重視的一種多羥基羧酸型的水處理劑。它在水溶液中對(duì)Fe3+，Cu2+，Ca2+等離子均有較好的螯合能力，并對(duì)這些離子的許多鹽類也有很好的去活化作用，對(duì)環(huán)境沒有任何直接或間接的危害[6]。為研究葡萄糖酸鈉和HA—Na的緩蝕協(xié)同效應(yīng)，測(cè)試了不同用量的HA-Na和葡萄糖酸鈉復(fù)配使用時(shí)對(duì)碳鋼的緩蝕性能，結(jié)果見表4？梢钥闯，HA_Na和葡萄糖酸鈉復(fù)配使用的效果一般不如它們單獨(dú)使用時(shí)的效果好。這可能是因?yàn)，HA_Na與葡萄糖酸鈉在水溶液中不易穩(wěn)定存在，影響了各自的性能。
3．4 HA-Na與Zn 2+和葡萄糖酸鈉的協(xié)同作用
為研究HA-Na，葡萄糖酸鈉和Zn2+的緩蝕協(xié)同效應(yīng)，測(cè)試了HA—Na與不同用量的葡萄糖酸鈉和Zn2+復(fù)配使用時(shí)對(duì)碳鋼的緩蝕性能，結(jié)果見表5。HA-Na為30mg／L，Zn +為2～10mg／L、葡萄糖酸鈉為10~30mg／I 時(shí)，對(duì)碳鋼的緩蝕率可達(dá)74 ～89 以上。配方中的Zn抖發(fā)揮了成膜速度快的優(yōu)點(diǎn)，而葡萄糖酸鈉結(jié)構(gòu)中的多羥基很好地穩(wěn)定了Zn2+，并因此減緩了羥基和HA-Na中羧基的作用，HA-Na的阻垢分散作用也能夠充分發(fā)揮。該三元配方解決了HA—Na同Zn2+和葡萄糖酸鈉單獨(dú)復(fù)配時(shí)存在的問題，表現(xiàn)出了優(yōu)異的緩蝕性能。
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3．5 HA-Na的緩蝕作用機(jī)理探索
官能團(tuán)是影響緩蝕劑緩蝕性能的主要因素。由于HA—Na分子中含有羥基、羧基等活性基團(tuán)，這些基團(tuán)帶有較多的負(fù)電荷，可以向金屬的空白軌道提供電子，使金屬表面覆蓋的Fe304，SiO2和CaCO3與HA—Na絡(luò)合，而在金屬表面形成穩(wěn)定致密的化學(xué)吸附保護(hù)膜—— 電中性絕緣層，從而使金屬表面與腐蝕介質(zhì)隔開，減緩了金屬表面的化學(xué)腐蝕，而達(dá)到緩蝕作用。
4 結(jié)論
(1)腐植酸鈉單獨(dú)使用時(shí)對(duì)碳鋼即有一定的緩蝕作用；與Zn2+組成的二元配方對(duì)碳鋼有較好的協(xié)同緩蝕作用；而與葡萄糖酸鈉組成的二元配方對(duì)碳鋼沒有協(xié)同緩蝕作用，由它們組成的三元配方顯示出極強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)，在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)對(duì)碳鋼的緩蝕率可達(dá)74 ～89%以上。
(2)腐植酸鈉緩蝕作用的機(jī)理主要在于其分子中含有羥基、羧基等活性基團(tuán)，使得HA-Na容易在金屬表面形成穩(wěn)定致密的化學(xué)吸附保護(hù)膜。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉國華，奚旦立，李燕，等．環(huán)保型無磷復(fù)合水處理劑的研制[J]．腐蝕與防護(hù)，2003，24(11)：480-482．
[2] 鄭平．煤炭腐植酸的生產(chǎn)和應(yīng)用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991．128～ 132．
[3] 鄒綱明，凌開成．腐植酸的表征及其鈉鹽的阻垢作用[J]．煤炭轉(zhuǎn)化，1994，17(2)：43-46．
[4] HG／T 2159—1991．水處理劑緩蝕性能的測(cè)定——旋轉(zhuǎn)掛片法[S]．
[5] 何鐵林．水處理化學(xué)品手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000．187．
[6] 陸柱，蔡蘭坤，陳中興，等．水處理藥劑[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002-319．
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