一种新型无磷缓蚀阻垢剂的实验研究

从表 3 看出， 药剂投加量为 50 mg / L 时， 无磷 缓蚀阻垢剂的阻垢性能最高达到 98． 71% 。 2． 3 2． 3． 1 电化学实验 极化曲线测试 1 图 为 A3 碳钢在 w （ NaCl） = 3% 溶液中不同 无磷缓蚀阻垢剂浓度下的极化曲线， 表 4 为极化 曲线参数。
图2 图1 Figure 1 不同无磷缓蚀阻垢剂浓度下的极化曲线
1 曾德芳 ， 胡 1 丹 ， 张 1 2 2 伟 ， 张水生 ， 丁复军
（ 1． 武汉理工大学资源与环境工程学院， 湖北省矿物资源加工与环境重点实验室， 湖北 武汉 430070 ； 2． 湖北诗璐化工涂料有限公司， 湖北 应城 432407 ）
摘 要：
D以水解聚马来酸酐（ HPMA） 、 聚环氧琥珀酸（ PESA） 、 葡萄糖酸钠、 异抗坏血酸钠和锌盐为
不同无磷缓蚀阻垢剂质量浓度下的电化学阻抗谱
从图 1 看出， 随着无磷缓蚀阻垢剂的加入， 腐 蚀电流密度逐渐减小， 阴极极化曲线的斜率无大 的变化， 阳极极化曲线的斜率增大， 表明该无磷缓 蚀阻垢剂是一种抑制阳极为主的混合型缓蚀阻垢 随着药剂浓度的增加， 缓蚀率逐 剂。从表 4 看出， 渐增大； 当药剂质量浓度为 50 mg / L 时， 缓蚀率达 到 90% 以上。 极化曲线测试和旋转挂片法的实 验结果基本一致。 2 ． 3 ． 2 电化学阻抗谱 图 2 为 A3 碳钢在 w （ NaCl） = 3% 溶液中不同 无磷缓蚀阻垢剂浓度下的电化学阻抗谱 。
实验前 Ca
2+
药剂质量 浓度 / （ mg / L） 0 20 30 40 50
质
实验后 Ca
2+
质
阻垢率 /% 0 84． 26 90． 55 95． 38 98． 71
量浓度 / （ mg / L） 212． 8 212． 8 212． 8 212． 8 212． 8
量浓度 / （ mg / L） 172． 61 206． 47 209． 00 210． 94 212． 28
型旋转挂片试验仪， 采用 A3 碳钢片， 实验用水为 自配水， 水质指标如表 1 所示。 实验温度为 45 ± 1℃ ， 旋转速度为 75 r / min， 实验时间为 72 h。腐蚀 率（ mm / a） 和缓蚀率分别由式（ 1 ） 和（ 2 ） 计算： X= 87600 （ m0 － m） sρt （ 1）
The test results of corrosion inhibition
实验后质量 / g 19． 0593 19． 0525 19． 1956 19． 1999 19． 4020 19． 2844 20． 2091 20． 6133 0． 0131 0． 0137
2011 年第 5 期
曾德芳等： 一种新型无磷缓蚀阻垢剂的实验研究 表4 Table 4
Leabharlann Baidu
随着社会经济的发展， 工业用水量日益增大， 而冷却水用量所占比例最大， 约为 60% ～ 80% ， 因 此工业循环冷却水系统的运用可以起到节约大量 工业用水的作用， 但是其在运行过程中会出现严 腐蚀等弊端 重的结垢、
［13 ］
1
1． 1
实验部分
。
实验材料与仪器 实验材料： 水解聚马来酸酐 （ HPMA ） 、 聚环氧 D琥珀酸（ PESA ） 、 葡萄糖酸钠、 异抗坏血酸钠和 锌盐等。 SC350 电 仪器： RCCШ 型旋转挂片 试 验 仪、 JSM5610 型扫描电镜仪等。 化学工作站、
ρ0 —未加 入 阻 垢 剂 的 空 白 实 验 后 溶 液 的 Ca2 + 质量浓度，mg / L；
2+ mg / L。 ρ2 —实验前配置好的溶液中的 Ca 质量浓度，
2
2． 1
结果与讨论
缓蚀实验结果与讨论 通过大量的前期实验， 确定了无磷缓蚀阻垢剂
1． 2． 3
极化曲线测试 采用 SC350 电化学工作站， 采用三电极体系， 工
式中： X — 腐蚀率，mm / a ； m0 — 实验前试片的质量， g； m — 实验后试片的质量， g；
0809 0822 收稿： 2011接受： 2011基金项目： 国家 2010 年中小企业技术创新基金（ 基金号： 10C26214202268 ） 。 ） 男， 作者简介： 曾德芳（ 1955湖南新化人， 博士， 教授， 主要从事环保新材料方面的教学与科研 。
The water quality index
总硬度 / （ mg / L） 379
缓蚀阻垢剂的吸附规律取决于缓蚀阻垢剂的 空间结构和金属的表面状态， 它可以根 基团组成、 据吸附平衡时界面吸附量与溶液中缓蚀阻垢剂浓 ［10 ］ 度之间建立吸附等温式 。 在一定温度下， 金属 对缓蚀阻垢剂的吸附可用典型的 Langmuir 吸附等 温方程式表示， 即 θ= kc 1 + kc （ 5）
· 3·
由表 2 看出， 缓蚀率随着无磷缓蚀阻垢剂浓 。 度的增加而升高 无磷缓蚀阻垢剂的质量浓度为 50 mg / L 时， 缓蚀率最高达到 93． 23% 。 从性能和 将 50 mg / L 作为无磷缓蚀阻 经济效益方面考虑， 垢剂的最佳投加量。 2． 2 阻垢性能测定 2008《水处理剂阻垢性能的 按照 GB / T16632-
· 2· s — 试片表面积， cm2 ； g·cm － 3 ； ρ— 试片密度， t— 实验时间， h。 X0 － X1 × 100 % η= X0 %； 式中： η— 缓蚀率， X0 — 试片空白实验的腐蚀率， mm / a ； X1 — 加入药剂后试片的腐蚀率，mm / a 。
表1 Table 1
1． 2． 2
［ 9 ］
阻垢性能测定
“ 采用静态阻垢评定法中的 碳酸钙沉积法” 进行 测定 。其原理是对投加阻垢剂和未投加阻垢剂的
2+ 水样进行加热、 浓缩， 测定水样中残留的 Ca 含量的 变化， 用阻垢率来表示。实验温度为 80 ± 1℃ ， 实验
时间为 10 h。阻垢率由式（ 3） 计算： ρ1 － ρ0 S= × 100 % ρ2 － ρ0 式中： S—阻垢率，% ；
式中： θ—表 面 覆 盖 度； k—吸 附 的 热 力 学 平 衡 常 数； c—缓蚀阻垢剂的浓度。 1． 2． 5 扫描电镜的分析 采用 JSM5610 型扫描电子显微镜观察碳钢表
（ 3）
2+ ρ1 —加入阻垢剂的实验后溶液的 Ca 质量 浓度，mg / L；
面的腐蚀情况， 加速电压 25 kV， 放大倍数 500 。
pH 7． 2 电导率 / （ μS / cm） 928
云南化工
2011 年第 5 期
描速率为 0． 5 mV / s， 扫描范围为 － 300 mV ～ 300 mV， 电化学阻抗测试频率范围为 115 kHz ～ 0． 01 MHz。实 验温度为室温， 腐蚀介质采用 3% （ 质量分数） 的 NaCl 溶液。腐蚀电流密度 Icorr 与缓蚀率 η 之间的关 系如 4 式： I corr － I' corr × 100% η= I corr
原料， 研制出一种新型无磷缓蚀阻垢剂。利用旋转挂片腐蚀实验、 静态阻垢实验和电化学实验研究了该无 无磷缓蚀阻垢剂的质量浓度为 50 mg / L 时， 缓蚀率和阻垢率 磷缓蚀阻垢剂的缓蚀和阻垢性能。结果表明， 分别达到 90% 和 98% 以上； 该无磷缓蚀阻垢剂是一种以抑制阳极为主的混合型缓蚀阻垢剂， 在 A3 碳钢表 面的吸附遵循 Langmuir 吸附等温方程。 关键词： 无磷缓蚀阻垢剂； 缓蚀性能； 阻垢性能 TQ085 文献标识码： A 文章编号： 1004275X（ 2011 ） 05000106 中图分类号：
（ 2）
（ 4）
I'corr 和 Icorr 分别是加有缓蚀阻垢剂和未加缓蚀 式中， mA / cm2 。 阻垢剂的溶液中测得的腐蚀电流密度， 1． 2． 4 无磷缓蚀阻垢剂的吸附模型
水质指标
总碱度 / （ mg / L） 55 ρ（ Ca2 + ） ρ（ Cl － ） / （ mg / L） / （ mg / L） 166． 18 310
［8 ］ “旋转挂片法” 采用 进行测定 ， 采用 RCCⅢ
。因而高效、 无磷缓蚀阻垢剂的研
究也成为当今研究的重点。 本文以水解聚马来酸酐 （ HPMA ） 、 聚环氧琥 D葡萄糖酸钠、 异抗坏血酸钠和锌 珀酸（ PESA ） 、 盐为原料， 研制出一种新型无磷缓蚀阻垢剂。 采 用旋转挂片腐蚀实验、 静态阻垢实验、 电化学实验 和等温吸附实验对复合无磷缓蚀阻垢剂的缓蚀性 并采用扫描电镜对腐 能和阻垢性能进行了评定， 蚀试片表面形貌进行了观察。
A3 碳钢在 3%（ 质量分数） NaCl 溶液中不同 缓蚀阻垢剂浓度下的极化曲线参数 The polarization curve parameter of A3 carbon
steel in 3% NaCl solution under different concentration of phosphatefree corrosion and scale inhibitor
药剂质量浓度 / （ mg / L） 0 20 30 40 50 I coor / （ mA / cm ） 0． 021 0． 0048 0． 0035 0． 0027 0． 0020
2
E corr /V － 0． 603 － 0． 594 － 0． 601 － 0． 622 － 0． 615
缓蚀率 /% — 77． 67 83． 59 87． 48 90． 52
向工业循环冷却水中添加水处理剂， 解决管 道内的结垢、 腐蚀等问题， 是目前工业上普遍采用 的方法
［4 ， 5 ］
。磷系水处理剂因其无毒、 低价及具有
好的缓蚀阻垢性能而被应用于工业循环冷却水 中， 但其在使用过程中可能造成生态破坏而引起 人们的担忧
［6 ， 7 ］
1． 2 1． 2． 1
实验方法 缓蚀性能测定
缓蚀实验结果
失重 / g 0． 1895 0． 2057 0． 0392 0． 0388 0． 0279 0． 0295 0． 0204 0． 0200 0． 0134 平均失重 / g 0． 1976 0． 0390 0． 0287 0． 0202 0． 0741 腐蚀速率 / （ mm / a） 1． 0938 0． 2159 0． 1589 0． 1117 93． 23 缓蚀率 / % — 80． 26 85． 47 89． 78
2011 年 10 月 第 38 卷第 5 期 doi： 10． 3969 / j． issn． 1004275X． 2011． 05． 001
云南化工 Yunnan Chemical Technology
Oct． 2011 Vol． 38 ， No． 5
·科学研究·
一种新型无磷缓蚀阻垢剂的实验研究
作电极为 A3 碳钢， 辅助电极为铂电极， 参比电极为
2 工作面积为1cm 。 动电位扫 饱 和甘汞电极（ SCE ） ，
表2 Table 2
试片编号 1386 1387 1388 1389 1390 139 1392 1393 1394 1395 药剂质量浓度 / （ mg / L） 0 20 30 40 20． 0509 20． 2848 实验前质量 / g 19． 2488 19． 2582 19． 2348 19． 2387 19． 4299 19． 313 20． 2295 20． 6333 20． 0378 20． 2711
的成分和各组成的最佳质量比。即 m （ 水解聚马来 酸酐） ∶ m（ 聚环氧琥珀酸） ∶ m （ 葡萄糖酸钠） ∶ m （ D异 抗坏血酸钠） ∶ m（ 锌盐） = 1． 5∶1∶0． 8∶0． 1∶1。在实验用 水中， 加入不同浓度的无磷缓蚀阻垢剂， 按旋转挂片 法测定腐蚀速率。实验结果见表 2。
评价无磷缓蚀阻垢剂的阻垢 测定 碳酸钙沉积法》 2+ 性能， 实验用水根据国标配制， ρ （ Ca ） = 212． 8 mg / L。根据 1 ． 2 ． 2 中式 （ 3 ） 的方法计算阻垢率， 结果见表 3 。
表3 Table 3 阻垢性能实验结果 The test results of scale inhibition performance