循环冷却水缓蚀剂和阻垢剂的研究进展_黄娟

文章编号:1001 3849(2009)02 0022 04

循环冷却水缓蚀剂和阻垢剂的研究进展

黄 娟1, 徐 强1, 任志峰2, 郦和生

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(1 天津大学化工学院,天津 300072;2 北京燕山石化研究院,北京 102500)

摘要:综述了当前工业循环冷却水处理常用的缓蚀剂和阻垢剂的研究现状及其发展前景,总结了不同种类缓蚀剂和阻垢剂的使用条件和作用机理,并对缓蚀阻垢剂的发展进行了展望,指出多功能绿色水处理剂是未来水处理剂发展的主要方向。

关 键 词:循环冷却水;缓蚀剂;阻垢剂;作用机理;进展中图分类号:X78 文献标识码:A

Researc h Progress of Corrosion and Scale Inhi bit ors

i n Circul ati ng CoolingW ater

HUANG Juan 1,XU Q iang 1,REN Zh i feng 2,LI He s heng

2

(1.School o f Che m ical Eng i n eeri n g and Technology ,T ian jin Un i v ersity ,T ian ji n 300072,Ch i n a ;2.R esearch Instit u te Yanshan Petroche m ica lCorp .Be ijing 102500,Ch i n a)

Abstract :The develop i n g pr ocess of corrosi o n inh i b itors and scale i n h i b itors in circu lating cooling w ater w ere rev ie w ed as w ell as the prospects i n the future .App lication cond itions and acti o n m echan is m of vari ous co rrosion and sca le i n hi b ito rs w ere summ arized.It w as po inted ou t that the green w ater trea t m ent agents of mu ltiple functions would be the d irection o f developm ent for t h e w ater treat m en t agents .K eyw ords :c ircu l a ti n g coo li n g w ater ;corrosi o n inhibitor ;sca le i n hi b ito r ;acti o n m echanis m;progress

引 言

水处理剂是实施水处理技术的重要材料。近年来水处理剂的发展已经成为新材料领域中化工产品的一个重要分支,也是环保节水节能产业的重要组成部分。正确掌握与合理应用水处理药剂将对保护水资源、改善水环境及实现经济和社会的可持续发展起到积极的推动作用。

水处理剂包括缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、清洗剂、预膜剂及消泡剂等。有很多水处理剂兼有缓蚀和阻垢作用。水处理剂的研发是水处理的基础,其研究

和生产一直是人们所关注的热点。

1 缓蚀剂的作用机理及研究进展

1 1 缓蚀剂的作用机理

冷却水中金属的腐蚀主要是由于水中的溶解氧引起的。冷却水中常用的缓蚀剂包括:亚硝酸盐、正磷酸盐、聚磷酸盐及有机膦酸盐等。目前对于缓蚀机理总的来说可分为以下三类。

1 1 1电化学缓蚀机理

根据缓蚀剂对腐蚀过程的阳极反应和阴极反应的抑制作用,提出电化学缓蚀机理。其主要特点是

收稿日期:2008 02 25 修回日期:2008 08 18

作者简介:黄娟(1984 ),女,河南商丘人,天津大学化工学院硕士研究生

22 Feb .2009 Plating and F i n ish i n g V o.l 31No.2Ser i a lN o .191

缓蚀剂阻碍电极反应,增大反应活化能,降低反应速度,从而起到缓蚀作用[1]。

正磷酸盐、铬酸盐及钼酸盐等是阳极型缓蚀剂,能使阳极极化曲线极化度增加而阴极极化曲线几乎不变,从而使腐蚀电位向正方向移动,腐蚀电流密度减小。阴极型缓蚀剂通常是缓蚀剂的阳离子移向阴极表面,并形成化学的或电化学的保护膜,随着厚度的增加,阴极反应被阻挡,从而抑制金属腐蚀,如有机膦酸、聚磷酸盐及硫酸锌等。混合型缓蚀剂如胺类、硫醇、硫醚、硫脲及琼脂等,能吸附在清洁金属表面形成单分子膜层,阻止电子的转移,达到缓蚀的目的。

1 1 2成膜机理

根据缓蚀剂和腐蚀介质中的离子反应生成沉淀膜或缓蚀剂与金属反应生成钝化膜,提出成膜机理,分为氧化膜型和沉淀膜型两种。氧化膜型缓蚀剂,使金属表面发生了特性吸附,阻滞了金属的离子化过程,或者使金属表面氧化,生成了极薄而致密的保护性氧化膜;沉淀膜型缓蚀剂分子上的反应基团和腐蚀过程中生成的金属离子形成沉淀膜或不溶性配合物膜;还有些气相缓蚀剂先通过吸附作用,然后在金属表面进一步形成沉淀保护膜,从而阻滞腐蚀过程。

1 1 3吸附膜机理

根据缓蚀剂在金属表面发生吸附作用,阻滞金属的腐蚀,提出吸附膜机理。一方面缓蚀剂中含电负性高的O、N、S、P等元素的亲水性极性基团,吸附于金属表面活性点或整个表面,增加腐蚀反应的活化能;另一方面,缓蚀剂中非极性基团在金属表面形成一层疏水性保护层,阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移,也使腐蚀速度减小。硫醇类、有机胺、木质素类及葡萄糖酸盐就属于这类缓蚀剂。

1 2 冷却水系统缓蚀剂的研究进展

20世纪40~50年代,美国等国家主要使用铬酸盐、亚硝酸盐来抑制金属的腐蚀。然而亚硝酸盐、铬酸盐对人体具有极大的毒害作用,此类药剂的使用受到严格限制,现已逐步被聚磷酸盐、磷酸盐类取代。

聚磷酸盐是阴极型缓蚀剂[2]。最常用作冷却水缓蚀剂的是六偏磷酸钠和三聚磷酸钠。当钙、镁等二价金属离子质量浓度大于50m g/L时,能与钙、镁等金属离子作用形成沉积保护膜,但聚磷酸盐在水中易水解生成正磷酸盐,会与水中的钙离子生成磷酸钙垢。

有机膦酸盐由于结构稳定而且磷含量低,得到了较快的发展。戴秋秋以N a2M oO4 2H2O,羟基乙叉二膦酸(H EDP)和ZnSO4 7H2O分别复配成一元、二元和三元等复合缓蚀剂配方,在三元体系中,锌质量分数为0 0002%,三元总质量浓度为20 mg/L时,钼酸钠与HEDP质量浓度比为任何值时,缓蚀效果均为优级[3]。

20世纪70年代初,由于环境保护的要求,世界各国开始限制磷的排放,低磷、非磷和非重金属缓蚀剂的开发得到了更多的关注,特别是进入21世纪以来,水处理缓蚀剂正朝着无毒无公害、可生物降解以及环境友好的方向发展。

德国的Geffers等首先研制成功了2 膦酰基丁烷 1,2,4 三羧酸(PB TCA),并于20世纪80年代后期开始工业应用[4]。王勤娜等对PBTCA的合成和应用进行了系统研究,说明PBTC A能耐酸、碱和氧化剂作用,在p H>14时不发生水解,热稳定性好[5]。

陈欣义研究了甘油的缓蚀性能,发现当添加质量分数在1 5%时,缓蚀效率可达到96%以上。但是,甘油继续增加后缓蚀效率增加不显著[6]。

庞然等研究了一种自富集型无磷水处理剂H ZF,在加入水体后以亚稳定的乳液形式存在,具有在金属 水界面自富集充分发挥药效,不用专门预膜,缓蚀阻垢性能优异,是一类全新的很有研究开发前途的水处理剂。HZF在质量浓度大于100mg/L 后,腐蚀质量损失基本不变,挂片实验后,试片保持原来的光亮,缓蚀率均大于99%[7]。

N,N 双(2 羟基 3 磺酸基丙基)氨基乙酸(B H SP A)是一种低氮、无磷的自制水处理剂[8],曹展梅实验发现其缓蚀率随着药剂量的增大而增强,适宜在中、高pH工艺条件下使用[9,10]。

尹成先和冯耀荣合成的一种新型咪唑啉在120 和20M Pa条件下的西部油田模拟工况试验中,该咪唑啉季铵盐对N80套管钢的缓蚀率在85%以上,完全符合油田的腐蚀环境要求[11]。

王业飞合成的2 十五烷基 1(马来酰胺) 乙基 咪唑啉与助剂硫脲复配得到复配缓蚀剂YQ。当YQ使用质量浓度超过5m g/L时缓蚀率可达95%;使用质量浓度达到20m g/L时,缓蚀率最大为

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2009年2月 电镀与精饰 第31卷第2期(总191期)