聚天冬氨酸在自來水中對碳鋼的協(xié)同緩蝕作用

劉英華，趙慧敏，李春梅

（1.河北省輻射環(huán)境管理站，河北 石家莊 050093；2.河北師范大學(xué)，河北 石家莊 050024）

在中性水中，鉻酸鹽、磷酸鹽是經(jīng)濟有效的水處理緩蝕劑，但由于其毒性及對環(huán)境的污染，已逐漸限制使用。聚天冬氨酸（Polyaspartic acid，簡稱PASP）是近年研制的一種無毒、易生物降解性的生物高分子，具有優(yōu)異的阻垢分散性能［1－2］。其最終降解的產(chǎn)物對環(huán)境不會造成污染，亦不引起微生物滋生，作為水中金屬的緩蝕阻垢劑被應(yīng)用。實際工作中，還需要不斷降低成本、提高緩蝕效率，其中利用不同物質(zhì)間的協(xié)同緩蝕作用以提高效率［3］是簡單易行的辦法。本文通過電化學(xué)實驗，主要研究聚天冬氨酸與鉬酸鹽、十二烷基硫酸鈉復(fù)配后的協(xié)同緩蝕效果。

1 實驗儀器及條件

EG＆G M273恒電勢儀／恒電流儀和M5208鎖相放大器測試系統(tǒng)（美國），由PRAC M388軟件控制；電化學(xué)工作站CHI660B（上海辰華）。

測試采用三電極體系.鉑電極和飽和甘汞電極（SCE）分別作輔助電極和參比電極，工作電極為45＃碳鋼棒，工作面積為0.28cm2。極化曲線測試范圍：Eoc±300mV，掃描速度：1mV／s。實驗前先將工作電極用金相砂紙依次打磨至光亮，用去離子水、乙醇清洗、濾紙吸干，在研究液中浸泡40min，腐蝕電位穩(wěn)定后開始電化學(xué)測試。聚天冬氨酸自制合成［4－5］，其它試劑均為分析純，去離子水為二級，原液介質(zhì)為石家莊自來水，實驗溫度20℃。

2 結(jié)果及討論

2.1 聚天冬氨酸的緩蝕作用

圖1 碳鋼在添加不同濃度PASP的自來水中的極化曲線

分別對碳鋼在原液和添加不同濃度的聚天冬氨酸0.05、0.10、0.20、0.40、1.0g／L 進行穩(wěn)態(tài)極化測試。結(jié)果見圖1、表1。

由圖1知，加入PASP后腐蝕電位向正移，陽極極化曲線比原液變化較大，PASP是以抑制陽極為主的緩蝕劑［6］。添加濃度與緩蝕率η計算公式：

其中η：緩蝕效率；i0：空白溶液的極化電流；icorr：加入緩蝕劑后的極化電流。

表1 20℃不同PASP濃度與電化學(xué)參數(shù)關(guān)系

從表1可知：隨著聚天冬氨酸添加濃度的增加，緩蝕效率η顯著增加。當(dāng)聚天冬氨酸（PASP）濃度達到1.00g／L時，緩蝕效率η達到61.4%。

圖2 PASP與鉬酸鈉復(fù)配對碳鋼的極化曲線圖

2.2 聚天冬氨酸與鉬酸鹽復(fù)配物的協(xié)同緩蝕作用

將聚天冬氨酸與鉬酸鈉復(fù)配，分別對碳鋼在原液和不同濃度下進行測試，結(jié)果見圖2，表2。

表2 PASP與鉬酸鈉復(fù)配物的緩蝕性能

由圖2、表2可知，當(dāng)加入PASP與鉬酸鈉后，腐蝕電位均明顯向正向移。單獨添加PASP和鉬酸鈉0.2g／L 時，緩蝕效率分別僅為30.14%和35.22%，緩蝕效果均不明顯。當(dāng)添加PASP 0.1g／L時，緩蝕效率僅為25.8%；當(dāng)添加PASP 0.1g／L與鉬酸鈉以1：1復(fù)配時，η值明顯增大，復(fù)配緩蝕率達到73.95%，比單獨使用PASP時增加了48.15%，說明PASP與鉬酸鈉有明顯的正協(xié)同緩蝕效果。

2.3 PASP與十二烷基硫酸鈉（SDS）復(fù)配的協(xié)同緩蝕作用

圖3 聚天冬氨酸與十二烷基硫酸鈉復(fù)配對碳鋼的極化曲線圖

將PASP與SDS復(fù)配，分別在原液和不同濃度下進行測試，結(jié)果見圖3，表3。

圖3和表3顯示：單獨添加0.1g／L PASP和0.05g／L SDS時，緩蝕效率η值均不高，只有25.8%和8.95%，當(dāng)將0.1g／L PASP 與0.05g／L SDS 復(fù)配后，緩蝕效率顯 著增加達到70.71%，比單獨使用PASP 0.1g／L 時提高了44.91%。說明PASP與十二烷基硫酸鈉復(fù)配具有明顯正協(xié)同緩蝕效果。

表3 PASP與十二烷基硫酸鈉復(fù)配的電化學(xué)參數(shù)

3 結(jié)論

在自來水體系中，PASP緩蝕效率隨添加濃度增加而增大；當(dāng)添加濃度為1.0g／L時，緩蝕效率可達到61.4%，PASP是以抑制陽極為主的緩蝕劑。

PASP分別與鉬酸鈉和十二烷基硫酸鈉復(fù)配時，均表現(xiàn)為正協(xié)同緩蝕效果。當(dāng)PASP與鉬酸鹽鈉各以0.1g／L 復(fù)配時，緩蝕率達到73.95%，比單獨使用PASP 0.1g／L 時提高了48.15%；當(dāng)PASP與十二烷基硫酸鈉以0.1g／L與0.05g／L復(fù)配時，緩蝕率達到70.71%，比單獨使用PASP 0.1g／L時提高了44.91%。

［1］R.Cui，N.Gu＊and C.Li Polyaspartic Acid as a Green Corrosion Inhibitor for Carbon Steel Materials and Corrosion，2011，62（4）：362－369.

［2］沈翔，曾德芳，綠色阻垢緩蝕劑聚天冬氨酸的研制及性能研究［J］.清洗世界，2013，29（1）：19－24.

［3］仵茜，王海平，陳麗，谷寧，李春梅.碳鋼－磷酸體系中聚天冬氨酸的緩蝕性能及協(xié)同緩蝕作用［J］.河北師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，33（3）：344－346.

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［5］劉振法，吳運娟，寇建朝，等.環(huán)保型阻垢劑聚天冬氨酸的研制［J］.河北省科學(xué)院學(xué)報，2002，19（3）：186－188.

［6］劉英華，李春梅，谷寧.環(huán)境友好緩蝕劑聚天冬氨酸在自來水中對碳鋼的緩蝕性能研究［J］.四川環(huán)境，2013，32（4）：11－14.