一种新型酸洗缓蚀剂的应用研究现状及未来发展趋势

一种新型酸洗缓蚀剂的应用研究现状及未来发展趋势

摘要：利用电化学测试技术研究了一种新型酸洗缓蚀剂，即2，5-二氯苯乙酮-O-1-(1，3，4-三氮唑)亚甲基肟在l mol／L HCl介质中对碳钢的缓蚀作用和吸附行为。结果表明：合成的三唑类化合物是一种性能优异的缓蚀剂。从而也从大方向上把握了未来酸洗缓蚀剂的发展趋

势。

关键词：三唑化合物；缓蚀剂；电化学实验；热力设备

1.前言

酸洗广泛应用于各个工业部门中的换热设备、传热设备和冷却设备等的水垢清洗，特别是电力部门的热力设备（如锅炉）的酸洗尤其重要。从社会经济的角度来看，可减少因污垢带来的燃料耗费；从环境保护的角度来看，减少了燃料废气和大气污染【1】；从安全角度来看，锅炉和换热器等热力设备在使用过程中逐渐形成各类污垢，而这些污垢导热不良致使炉管局部温度升高，降低了钢材的强度，常常发生爆管事故，影响锅炉运行。因此酸洗对于电厂的锅炉运行起着非常重要的作用。酸洗常用的酸有盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、氨基磺酸等无机酸，和柠檬酸、EDTA 等有机酸。但由于酸对金属设备均有腐蚀作用，尤其无机酸的腐蚀更为严重，同时所放出的氢会向金属内部扩散，使被洗设备发生氢脆。各种酸对铁的溶解能力由大到小如表1 所示。

另外所析出的大量的酸性气体，会使劳动条件恶化。由于强酸的腐蚀性，酸洗过程常出现“过蚀”的现象，即清洗过程中不仅清除了金属表面的锈蚀和污垢，同时也将部分金属基材一并清洗掉。因此，酸洗过程既造成金属材料、酸洗液的极大浪费，同时还产生大量的酸洗废液，造成严重的环境污染。因此在酸洗时要加入缓蚀剂，以抑制金属在酸性介质中的腐蚀，减少酸的使用量，提高酸洗效果，延长热力设备的使用寿命。酸洗时不仅要考虑酸的溶铁能力，还应考虑垢成分、金属材质、废液处理方法等因素【2】。故选择一种质量好的缓蚀剂是酸洗的重要环节，而了解各类缓蚀剂的缓蚀性能可以更好的进行防腐工作。

1.1 酸洗缓蚀剂的发展历史

关于酸性介质缓蚀剂的研究报道很多，根据有关文献记录，酸洗缓蚀剂第一个专利是1860年英国公布用糖浆及植物油的混合物作为酸洗铁板时的缓蚀剂。此后相关报道也相继出现，如1872年英国发表了用动物、植物胶、麦等物的水抽提组分作为铁的缓蚀剂。到了20世纪20年代，金属缓蚀剂有甲醛、蒽、喹啉、吡啶、硫脲及衍生物；40年代含氮的脂肪胺、芳香胺、杂环化合物、硫脲和硫醇已普遍作为酸洗缓蚀剂使用；50年代到60年代是有机缓蚀剂研

究的鼎盛时期，每年都有大量的酸性介质缓蚀剂专利公布，70年代后复配组成的缓蚀剂增加，大量的研究工作转向于腐蚀的理论和测试方法。80年代出现了苯并咪唑类多种不锈钢和碳钢的盐酸缓蚀剂、铜缓蚀剂和苄基季铵盐固体多用酸洗缓蚀剂等。90年代至今所研制的酸洗缓蚀剂主要有咪唑啉类和含硫咪唑啉衍生物，如SM-硫脲缩合物、IS-129咪唑啉类铜的盐酸缓蚀剂、脱氢松香基咪唑啉类缓蚀剂SH-707，IS-156，BH-2等。

我国酸洗缓蚀剂的研究起步较国外晚，第一种酸洗缓蚀剂是1953年由天津重工业局化工研究所研制的天津若丁，又名五四牌若丁，其由25%（质量分数）二邻甲基硫脲苯、20%糊精、5%皂角粉非离子表面活性剂和#"0氯化钠复配而成，它是我国最早研制成功的硫酸缓蚀剂。并在天津钢厂硫酸酸洗钢板锈皮中得到了应用。此后，1961年沈阳化工研究所研制出沈1-D 酸洗缓蚀剂；1977年由兰州石油化工机械研究所成功研制出硝酸酸洗缓蚀剂Lan-5；1982年研制成功多用酸洗缓蚀剂Lan-826；1986年武汉大学研制出水生植物抽提液LK-44缓蚀剂；90年代我国新研制的酸洗缓蚀剂有苯并咪唑类（KMAT）、季铵盐类（CMD18).）、磺酸类（SMT-369）、多苯并咪唑（MMA）、胺衍生物（LN500系列）、烷基烯丙基喹啉（AAQ）等。

1.2 有机型缓蚀剂

它具有用量少、缓蚀性能佳的特点，得以广泛使用。本工作合成了一种新型三唑类化合物：2，5一二氯苯乙酮-O-1(1，3，4-三氮唑)亚甲基肟，结构如图l所示，利用电化学方法、表面分析技术及量子化学方法，研究探讨了其在1 mol／L HCl介质中对碳钢的缓蚀作用，并对缓蚀作用机理进行了讨论。

2 实验方法

2．1 电化学测试

电化学测试的试样材质为Q235碳钢，除工作面(10mm×10mm)外其余各面用环氧树脂封装，将工作面用水磨砂纸逐级打磨至1200#，浸入无水乙醇中超声清洗脱脂，作为工作电极。电化学测试采用PARSTAT2273电化学工作站(美国)。测试采用经典的三电极(带有毛细管的饱和甘汞电极为参比电极，大面积铂片为对电极)体系进行交流阻抗和动电位极化曲线的测试。电化学阻抗测量采用的激励信号为正弦波，振幅为10mV，扫描频率范围为95kHz--一10mHz，极化曲线扫描速率为O．5mV ／s，扫描范围为．200m～+200mV(相对于开路电位)。

2．2 表面腐蚀形貌试验

将尺寸为30 mm* 15 mm*15mm的Q235碳钢用金相砂纸逐级打磨抛光至05#，二次蒸馏水和丙酮清洗后浸入加有1．0x10-3mol／L缓蚀剂的l mol／L HCl介质中，室温浸泡3h．然后取出试片，用二次蒸馏水冲洗试样表面，采用KYKY2800型扫描电子显微镜对腐蚀后的试样进行表面形貌分析，加速电压为25KV。

3. 结果与讨论

3．1 动电位极化曲线

图2为碳钢在1 mol／LHCI介质中不同浓度缓蚀剂的极化曲线，经Tafel极化拟合得到的腐蚀动力学参数（Icorr，βa,βc)和相应的缓蚀效率，结果列于表2，其中缓蚀效率的计算

式为：

自腐蚀电流密度是通过外推法求得, I0corr, Icorr分别为不加与加入缓蚀剂时的自腐蚀电流密度。

Table2

从图2可以看出，阴极Tafel常数基本不发生变化，表明缓蚀剂的加入没有改变阴极析氢反应机理，只是在碳钢表面形成一层保护膜，抑制反应的活性点起到缓蚀作用【3】。从极化曲线和数据拟合