硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑對20 碳鋼的緩蝕性能研究

王永壘，李海云，方紅霞，徐先剛

(1.黃山學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽 黃山 245041;2.常州聯(lián)江環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 常州 213164)

金屬腐蝕問題遍及國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)各個部門，給人們的生產(chǎn)和生活都帶了一定的損失和不便［1］。近年來，腐蝕問題也越來越受到人們的重視［2-3］，金屬腐蝕最嚴(yán)重的領(lǐng)域主要在金屬設(shè)備的清洗，目前，用于酸洗領(lǐng)域中的化學(xué)緩蝕劑種類繁多［4-6］，硫脲和硫氰酸鉀就是其中重要的品種。本文借助靜態(tài)失重法研究了硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的最佳緩蝕配方及其在5%鹽酸、5%硫酸及5%硝酸溶液中對20 碳鋼的緩蝕性能，通過二者的搭配使用，能夠較好的發(fā)揮二者的協(xié)同緩蝕作用從而提高緩蝕效率，在工業(yè)上有一定的指導(dǎo)意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

硫脲、硫氰酸鉀、鹽酸、硫酸、硝酸均為分析純;20 碳鋼腐蝕掛片(28 cm2)。

LK2006A 型電化學(xué)工作站。

1.2 失重實驗及緩蝕率的計算

恒溫40 ℃的條件下，將20 碳鋼掛片放入含不同濃度緩蝕劑的腐蝕溶液中浸泡一段時間(5%鹽酸，2 h;5%硫酸，2 h;5%硝酸，0.5 h)，每組3 個平行樣;腐蝕時間到了以后，取出試樣，依次用蒸餾水、酒精和丙酮清洗，冷干后稱重。按公式計算20 碳鋼掛片的腐蝕速率:式中 v——腐蝕速率，g/(m2·h);

Δw——腐蝕失重實驗前后試樣的質(zhì)量差，g;

S——試樣的表觀面積，m2;

t——浸泡實驗時間，h。

緩蝕劑對20 碳鋼材質(zhì)在不同腐蝕介質(zhì)中的緩蝕率計算如下:

式中 η——緩蝕劑的緩蝕率，%;

v1，v0——20 碳鋼腐蝕掛片在添加緩蝕劑及空白溶液下的腐蝕速率，g/(m2·h)。

2 結(jié)果與討論

2.1 3 種酸溶液中硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比對20碳鋼的緩蝕性能

圖1 是硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比分別在5%鹽酸、5%硫酸及5%硝酸溶液中對20 碳鋼材質(zhì)緩蝕性能的影響。

圖1 3 種酸溶液中硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.1 Corrosion inhibition performance of the weight ratio of thiourea to potassium thiocyanate on the 20 carbon steel in three acid solution

由圖1 可知，在固定該復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.2%時，總體上是該復(fù)合緩蝕劑在5%硝酸溶液中對20 碳鋼的緩蝕性能要明顯優(yōu)于其在5%鹽酸及5%硫酸溶液中對20 碳鋼的緩蝕性能。在5%鹽酸及5%硫酸溶液，隨著硫脲與硫氰酸鉀質(zhì)量比的增加，其對20 碳鋼的緩蝕率均呈現(xiàn)著先增加而后減少的趨勢，對于5%鹽酸溶液來說，當(dāng)硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比為7∶3 時，其對20 碳鋼的緩蝕性能最好，緩蝕率達(dá)到了85.1%，而對于5%硫酸溶液來說，當(dāng)硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比為5∶5 時，其對20 碳鋼的緩蝕率達(dá)到了87.3%。在5%硝酸溶液中，無論硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比是多少，產(chǎn)品的緩蝕率均在90%以上，這說明無論是硫脲還是硫氰酸鉀，其對于硝酸腐蝕介質(zhì)的緩蝕能力都比較優(yōu)良，在實驗中，隨著硫脲與硫氰酸鉀質(zhì)量比的增加，其對20 碳鋼的緩蝕率呈現(xiàn)輕微增加而后變化不明顯的趨勢，當(dāng)硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比為7∶3 時，其對20 碳鋼的緩蝕率就已經(jīng)達(dá)到了99%，繼續(xù)增大硫脲與硫氰酸鉀的質(zhì)量比，其對20 碳鋼在5%硝酸溶液中的緩蝕率貢獻(xiàn)不大。因此，對于5%鹽酸和5%硝酸溶液來說，復(fù)合緩蝕劑硫脲與硫氰酸鉀最佳的質(zhì)量比為7 ∶3，對于5%硫酸溶液來說，復(fù)合緩蝕劑硫脲與硫氰酸鉀合適的質(zhì)量比為5∶5。

2.2 5%鹽酸中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能

5%鹽酸中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能的影響，見圖2。

圖2 5%鹽酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.2 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the 20 carbon steel in 5% HCl solution

由圖2 可知，當(dāng)固定硫脲與硫氰酸鉀質(zhì)量比為7∶3 時，隨著該復(fù)合緩蝕劑量的增加，其對20 碳鋼材質(zhì)在5%鹽酸溶液中的緩蝕率呈現(xiàn)先增加而后下降的趨勢。當(dāng)硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.2%時，其對20 碳鋼掛片在5%鹽酸中的緩蝕率達(dá)到了85.1%，繼續(xù)增加緩蝕劑的添加量，其對20 碳鋼在5%鹽酸中的緩蝕率出現(xiàn)下降。可能的原因是當(dāng)該復(fù)合緩蝕劑量不足的時候，其在20 碳鋼腐蝕掛片的表面無法形成完整的緩蝕膜，腐蝕速度很快，隨著復(fù)合緩蝕劑量的增加，緩蝕膜層逐漸完整，其對20 碳鋼掛片的緩蝕率急劇增加。然而，過量的緩蝕劑分子可能會在碳鋼掛片的表面形成多層吸附，會降低20 碳鋼掛片表面保護(hù)膜層的疏水性及產(chǎn)生脫附現(xiàn)象，此時20 碳鋼材質(zhì)的緩蝕率出現(xiàn)明顯下降。因而，最佳的硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.3 5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能

5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能的影響，見圖3。

圖3 5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.3 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the carbon steel in 5% H2SO4 solution

由圖3 可知，當(dāng)固定硫脲與硫氰酸鉀質(zhì)量比為5∶5 時，隨著該復(fù)合緩蝕劑量的增加，其對20 碳鋼材質(zhì)的緩蝕率呈現(xiàn)先增加而后下降的趨勢。在硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.2%時，其對20 碳鋼在5%硫酸溶液中的緩蝕率達(dá)到最大，為87.3%，此后隨著該復(fù)合緩蝕劑的增加，其對20 碳鋼材質(zhì)的緩蝕率出現(xiàn)輕微的下降趨勢，這可能是由于在復(fù)合緩蝕劑添加量比較少的時候，無法在20 碳鋼腐蝕掛片的表面形成完整的緩蝕膜，緩蝕率較低，隨著復(fù)合緩蝕劑的增加，其對碳鋼的緩蝕率進(jìn)一步增加。然而，過量的緩蝕劑分子可能會在20 碳鋼掛片的表面形成多層吸附，進(jìn)而導(dǎo)致緩蝕膜層發(fā)生部分脫附，導(dǎo)致20 碳鋼的緩蝕率略微下降。因此，在5%硫酸溶液中，最佳的硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.4 5%硝酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能

由圖4 可知，當(dāng)選用硫脲與硫氰酸鉀質(zhì)量比為7∶3 時，隨著該復(fù)合緩蝕劑量的增加，其對20 碳鋼材質(zhì)在5%硝酸溶液中的緩蝕率呈現(xiàn)先增加而后下降的趨勢。在硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.15%時，其對20 碳鋼在5%硝酸溶液中的緩蝕率就已達(dá)到99%，繼續(xù)增加該復(fù)合緩蝕劑，其對20碳鋼材質(zhì)的緩蝕率沒有明顯增加。這可能是由于該復(fù)合緩蝕劑成分硫脲和硫氰酸鉀都是性能優(yōu)良的硝酸緩蝕劑的緣故。因此，在5%硝酸溶液中，適宜的硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.15%。

圖4 5%硝酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.4 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the carbon steel in 5% HNO3 solution

3 結(jié)論

(1)硫脲和硫氰酸鉀不同質(zhì)量比對20 碳鋼的緩蝕性能結(jié)果表明:在5%鹽酸及5%硝酸溶液中，硫脲與硫氰酸鉀最佳的質(zhì)量比為7∶3，在5%硫酸溶液中，硫脲與硫氰酸鉀最佳的質(zhì)量比為5∶5。

(2)硫脲/硫氰酸鉀復(fù)合緩蝕劑的添加量在3種酸液中對20 碳鋼的緩蝕結(jié)果表明:在5%鹽酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸鉀=7 ∶3 的質(zhì)量比，最佳的復(fù)合緩蝕劑添加量為0.2%，其對20 碳鋼的緩蝕率為85.1%;在5%硫酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸鉀=5 ∶5 的質(zhì)量比，最佳的復(fù)合緩蝕劑添加量為0.2%，其對20 碳鋼的緩蝕率為87.3%;在5%硝酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸鉀=7 ∶3 的質(zhì)量比，最佳的復(fù)合緩蝕劑添加量為0.15%，其對20 碳鋼的緩蝕率為99%。

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