單寧酸在冷卻水中的緩蝕性能研究

賈 峰, 李 波, 成曉敏

(1.中北大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院， 山西 太原 030051；2.山西省環(huán)境科學(xué)學(xué)會， 山西 太原 030024)

0 引 言

目前，工業(yè)生產(chǎn)中使用的緩蝕劑多為磷系配方，磷系配方會隨工業(yè)廢水的排放而進入水體，不僅造成水體“富營養(yǎng)化”，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，加劇了水資源短缺的同時對水處理提出更高的要求.隨著人類環(huán)境保護意識的增強和可持續(xù)發(fā)展思想的深入，對緩蝕劑的開發(fā)和應(yīng)用也提出了新的要求.圍繞性能和經(jīng)濟目標(biāo)，研究開發(fā)對環(huán)境不構(gòu)成破壞作用，即運用綠色化學(xué)的思想研究和制備環(huán)境友好型緩蝕劑，成為未來緩蝕劑發(fā)展的方向[1].單寧酸存在于多種植物及果實中，是自然界中十分豐富的天然有機資源之一，屬于多元酚類化合物，單寧分子的每個結(jié)構(gòu)單元都是由多環(huán)芳核和活性官能團組成；同時和其它水體腐殖質(zhì)一樣具有羧基、酚羥基、甲氧基、乙醇基、羰基等多種官能團，單寧酸具有親水性、表面活性、離子交換能力、絡(luò)合能力以及吸附分散能力等，它可作為絮凝劑、阻垢分散劑、緩蝕劑、離子交換樹脂在水處理中得到應(yīng)用[2]，因此單寧酸可以作為一種非磷系、無公害、易降解的綠色環(huán)保型緩蝕劑，在工業(yè)水處理領(lǐng)域有著理論研究價值和廣闊的應(yīng)用前景.早有文獻報道，單寧酸具有一定的緩蝕性能，但對緩蝕的效率以及性能沒有具體的數(shù)據(jù)和資料作為參考，因此本文將通過試驗對單寧酸的緩蝕性能進行全面細(xì)致的考察，為后續(xù)深入研究提供參考.

1 實驗部分

1.1 實驗材料

主要儀器：GYXZFS-II型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕儀，北京廣源科佑科貿(mào)有限公司；電子天平，奧豪斯公司；A3碳鋼掛片、H62黃銅、1Cr18Ni9Ti鋁合金.

主要試劑：單寧酸，相對分子質(zhì)量約為1 701.23，天津恒興公司；丙酮、無水乙醇、鹽酸、氫氧化鈉、六次甲基四胺，均為分析純；羥基亞乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亞甲基膦酸(ATMP)，由山東泰和水處理有限公司提供，兩者純度均為50%.

1.2 實驗方法

本研究采用失重法，依據(jù)GB/T18175-2000進行.

實驗條件：溫度(40、45、50±1)℃，試片材質(zhì)為A3碳鋼、H62黃銅、1Cr18Ni9Ti鋁合金，實驗溶液體積與試片面積比為32 mL/cm2，轉(zhuǎn)速為75 r/min，不進行預(yù)膜，試驗時間為72 h，實驗用水為中北大學(xué)自來水.

試片處理：試片表面積均為28.0 cm2，將試片用濾紙把防銹油脂擦拭干凈，然后分別在丙酮和無水乙醇中用脫脂棉擦洗(每10片試片用不少于50 mL上述試劑)，置于干凈濾紙上，用濾紙吸干，置于干燥器中4 h以上，稱量(精確到0.000 2 g).

實驗步驟：從試片掛入所要求溫度的試液中起計算時間，72 h后取出試片，酸洗去除腐蝕產(chǎn)物，去離子水洗、干燥稱重；同時做未加水處理劑的空白實驗；由試片在實驗前后的質(zhì)量損失計算出腐蝕率和緩蝕率.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同溫度下單寧酸的緩蝕性能研究

采用失重法對單寧酸分別在40 ℃、45 ℃、50 ℃的溫度下對單寧酸的緩蝕性能進行了測試，試驗材質(zhì)為A3碳鋼，實驗結(jié)果如圖1所示.

圖1 單寧酸在40 ℃、45 ℃、50 ℃下緩蝕率與藥劑質(zhì)量濃度的關(guān)系 圖2 單寧酸對不同材質(zhì)掛片的緩蝕性能影響

由圖1可以看出，單寧酸的藥劑質(zhì)量濃度為20 mg/L時，40 ℃、45 ℃、50 ℃的緩蝕率分別為28.2%、23.1%、20.3%；在藥劑質(zhì)量濃度為40 mg/L時單寧酸的緩蝕率達到最高，在40 ℃、45 ℃、50 ℃的緩蝕率依次為50.6%、46.7%、41.2%；藥劑質(zhì)量濃度超過40 mg/L時，單寧酸的緩蝕率沒有繼續(xù)升高，反而有輕微下降；說明單寧酸具有良好的緩蝕率，且緩蝕率隨著溫度的升高而逐漸下降.

2.2 單寧酸對不同材質(zhì)的掛片緩蝕性能的研究

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中過水的金屬表面都會遭受不同程度的腐蝕，如輸水管道、水泵、熱換器、金屬支架等.各種部件的材質(zhì)各有不同，試驗研究了單寧酸對A3碳鋼、H62黃銅、1Cr18Ni9Ti鋁合金的緩蝕性能，試驗溫度為(45±1)℃，結(jié)果如圖2所示.

由圖2可以看出，單寧酸對A3碳鋼、H62黃銅、1Cr18Ni9Ti鋁合金都具有一定的緩蝕性能；單寧酸對H62黃銅的緩蝕率隨著藥劑的增加而上升，A3碳鋼、1Cr18Ni9Ti鋁合金的緩蝕率隨著藥劑質(zhì)量濃度的增加先上升后下降；藥劑質(zhì)量濃度為40 mg/L時，A3碳鋼、1Cr18Ni9Ti鋁合金的緩蝕率達到最大，分別為46.7%、39.4%；藥劑質(zhì)量濃度為60 mg/L時，H62黃銅的緩蝕率達到最大，為48.2%.

2.3 單寧酸與HEDP、ATMP緩蝕性能的對比研究

試驗也對單寧酸與市售常用磷系緩蝕劑HEDP、ATMP的緩蝕性能進行了對比研究，試驗溫度為(45±1)℃，采用A3碳鋼掛片，試驗結(jié)果如圖3所示.

圖3 單寧酸與HEDP、ATMP緩蝕性能的對比 圖4 單寧酸與HEDP、ATMP分別復(fù)配后的緩蝕率與藥劑質(zhì)量濃度的關(guān)系

由圖3可以看出，單寧酸的緩蝕率相比市售常用緩蝕劑HEDP、ATMP有一定差距；藥劑質(zhì)量濃度為10 mg/L時，單寧酸、HEDP、ATMP的緩蝕率分別為11.3%、21.4%、18.2%；藥劑質(zhì)量濃度為40 mg時，HEDP的緩蝕率達到最大，為60.4%，此后隨著藥劑投加量的增加，緩蝕率基本保持平穩(wěn)；ATMP的緩蝕率隨著投藥量的增加而增加，在60 mg/L時達到了最大，為64.3%.

2.4 單寧酸與HEDP、ATMP復(fù)配緩蝕性能的研究

試驗將單寧酸與市售常用磷系緩蝕劑HEDP、ATMP分別進行了復(fù)配，藥劑復(fù)配質(zhì)量濃度為1∶1，試驗溫度為(45±1)℃，試片材質(zhì)為A3碳鋼，實驗結(jié)果如圖4所示.

由圖4可以看出，單寧酸與HEDP、ATMP分別復(fù)配后的緩蝕率均隨著投藥量的增加而上升，在藥劑質(zhì)量濃度超過30 mg/L時，緩蝕率基本保持平穩(wěn)；結(jié)合圖3，在藥劑質(zhì)量濃度為20 mg/L時，單寧酸、HEDP、ATMP、單寧酸+HEDP、單寧酸+ATMP的緩蝕率分別為32.6%、44.1%、39.6%、60.3%、57.1%，40 mg/L時，緩蝕率依次為46.7%、60.4%、58.2%、67.8%、62.1%；復(fù)配后比使用單一藥劑的緩蝕性能都要好，說明單寧酸與HEDP、ATMP復(fù)配后具有協(xié)同增效效應(yīng)，可以部分減少磷系緩蝕劑HEDP、ATMP的使用量.

3 結(jié)論

(1)單寧酸有一定的緩蝕性能，質(zhì)量濃度為40 mg/L時達到了最大，此后隨著質(zhì)量濃度的增加，緩蝕率反而有所下降.

(2)單寧酸對不同材質(zhì)，A3碳鋼、H62黃銅、1Cr18Ni9Ti鋁合金都具有一定的緩蝕性能，藥劑質(zhì)量濃度為40 mg/L的緩蝕率分別為46.7%、41.3%、39.4%.

(3)單寧酸與市售常用磷系緩蝕劑HEDP、ATMP復(fù)配后能增強緩蝕性能，能減少HEDP、ATMP的使用量.

參考文獻

[1] 王慧龍,鄭家燊.環(huán)境友好緩蝕劑的研究進展[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù),2002,14(5):275-279.

[2] 秦小玲,劉艷紅.植物單寧在水處理中的研究與應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2006,26(3):28-29.