水处理剂腐植酸钠的缓蚀协同效应
摘要：通过动态旋转挂片实验，研究了水处理剂腐植酸钠(HA-Na)的缓蚀性能以及与Zn2+和葡萄糖酸钠复配的缓蚀协同效应。结果表明：HA-Na对碳钢有一定的缓蚀作用；与Zn2+复配有较好的协同效应，而与葡萄糖酸钠复配没有协同效应；但是，HA-Na，Zn2+ 和葡萄糖酸钠三者复配表现出优异的缓蚀性能。还探讨了HA-Na的缓蚀作用机理。
关键词：腐植酸钠；缓蚀作用；协同效应
1 引 言
目前国内外冷却水系统中常用的水处理缓蚀剂大多采用磷酸盐系列(简称磷系)，由于磷的排放将引起周围水域的富营养化，促进菌藻的滋长形成“赤潮”，为此欧美发达国家已分别提出禁磷限磷措施，如德国要求磷的排放≤lmg／L等[1]。因此，开发低磷或无磷绿色水处理剂已成为当今水处理剂研究的主要方向。
腐植酸钠可由风化煤、褐煤等天然资源中方便地分离出来，使用成本低，无污染；其富含羧基、羟基等有机基团，具有离子交换、吸附、络合等性质及良好的分散性，且能有效地分散金属氧化物，在金属表面形成化学性质稳定的保护膜，表现出良好的阻垢、溶垢和缓蚀性能[2]。本工作研究了HA-Na的缓蚀作用以及HA—Na与无磷、非氮化合物的缓蚀协同效应，并从分子结构的角度探讨了影响HA-Na缓蚀性能的原因。
2 实验部分
2．1 腐植酸钠的制备[3]
将风化煤粉碎至60目，经酸洗脱钙处理后，混合碱液抽提，其抽提液通过沉降过滤，滤液经真空浓缩，恒温干燥得固体腐植酸钠。
2．2 实验方法
本研究采用失重法，按HG／T 2159—1991标准[4]进行。实验仪器为RCC-I型旋转挂片腐蚀试验仪；实验条件：温度(50±1)℃ ，试片材质为A3碳钢，实验溶液体积与试片面积比：32ml／cm2，转速75r／min，不预膜，实验时间72h，实验用水为太原理工大学自来水，水质分析见表l；试片处理：试片表面积均为28．0cm2左右，为获得均一的表面状态，对试片先用铁砂纸从粗到细打磨，最后用l#～6#金相砂纸打磨，用游标卡尺准确测量试片尺寸(精确到mm)，计算整个试片的表面积。擦去试片表面的残屑，然后用无水酒精、丙酮脱脂，用电吹风(冷风)吹干。将干燥后的试片放在分析天平上称量(精确至0．1mg)。实验步骤：从试片挂入温度为(50±1)℃的试液中起计算时间，72h后取出试片，酸洗去除腐蚀产物，去离子水洗、干燥称重；同时做未加水处理剂时的空白试验；由试片在实验前后的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率。
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3 结果与讨论
3．1 HA-Na的缓蚀作用
按2．2的实验条件对HA-Na的缓蚀性能进行了测定，实验结果见表2。从表2可以看出，HA-Na在较低用量时对碳钢即具有一定的缓蚀作用，随着药剂用量的增加缓蚀作用增强，在50mg／I 以上的较高用量时缓蚀效率可达到58%以上。
3．2 HA-Na与Zn2+的协同效应
锌盐和许多水处理剂有协同作用，价格便宜，成膜速度快[5]，所以得到了广泛应用。为研究Zn 2+和HA-Na的缓蚀协同效应，测试了不同用量的HA-Na和Zn 2+复配使用时对碳钢的缓蚀性能，结果见表3。从表3可以看出，HA_Na和Zn 2+复配使用表现出较好的协同作用，其原因可能是HA-Na能使Zn 2+稳定地存在于溶液中。
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3．3 HA-Na与葡萄糖酸钠的协同作用
葡萄糖酸钠是使用较早、近年来又重新被重视的一种多羟基羧酸型的水处理剂。它在水溶液中对Fe3+，Cu2+，Ca2+等离子均有较好的螯合能力，并对这些离子的许多盐类也有很好的去活化作用，对环境没有任何直接或间接的危害[6]。为研究葡萄糖酸钠和HA—Na的缓蚀协同效应，测试了不同用量的HA-Na和葡萄糖酸钠复配使用时对碳钢的缓蚀性能，结果见表4。可以看出，HA_Na和葡萄糖酸钠复配使用的效果一般不如它们单独使用时的效果好。这可能是因为，HA_Na与葡萄糖酸钠在水溶液中不易稳定存在，影响了各自的性能。
3．4 HA-Na与Zn 2+和葡萄糖酸钠的协同作用
为研究HA-Na，葡萄糖酸钠和Zn2+的缓蚀协同效应，测试了HA—Na与不同用量的葡萄糖酸钠和Zn2+复配使用时对碳钢的缓蚀性能，结果见表5。HA-Na为30mg／L，Zn +为2～10mg／L、葡萄糖酸钠为10~30mg／I 时，对碳钢的缓蚀率可达74 ～89 以上。配方中的Zn抖发挥了成膜速度快的优点，而葡萄糖酸钠结构中的多羟基很好地稳定了Zn2+，并因此减缓了羟基和HA-Na中羧基的作用，HA-Na的阻垢分散作用也能够充分发挥。该三元配方解决了HA—Na同Zn2+和葡萄糖酸钠单独复配时存在的问题，表现出了优异的缓蚀性能。
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3．5 HA-Na的缓蚀作用机理探索
官能团是影响缓蚀剂缓蚀性能的主要因素。由于HA—Na分子中含有羟基、羧基等活性基团，这些基团带有较多的负电荷，可以向金属的空白轨道提供电子，使金属表面覆盖的Fe304，SiO2和CaCO3与HA—Na络合，而在金属表面形成稳定致密的化学吸附保护膜—— 电中性绝缘层，从而使金属表面与腐蚀介质隔开，减缓了金属表面的化学腐蚀，而达到缓蚀作用。
4 结论
(1)腐植酸钠单独使用时对碳钢即有一定的缓蚀作用；与Zn2+组成的二元配方对碳钢有较好的协同缓蚀作用；而与葡萄糖酸钠组成的二元配方对碳钢没有协同缓蚀作用，由它们组成的三元配方显示出极强的协同效应，在一定质量浓度范围内对碳钢的缓蚀率可达74 ～89%以上。
(2)腐植酸钠缓蚀作用的机理主要在于其分子中含有羟基、羧基等活性基团，使得HA-Na容易在金属表面形成稳定致密的化学吸附保护膜。
参考文献：
[1] 刘国华，奚旦立，李燕，等．环保型无磷复合水处理剂的研制[J]．腐蚀与防护，2003，24(11)：480-482．
[2] 郑平．煤炭腐植酸的生产和应用[M]．北京：化学工业出版社，1991．128～ 132．
[3] 邹纲明，凌开成．腐植酸的表征及其钠盐的阻垢作用[J]．煤炭转化，1994，17(2)：43-46．
[4] HG／T 2159—1991．水处理剂缓蚀性能的测定——旋转挂片法[S]．
[5] 何铁林．水处理化学品手册[M]．北京：化学工业出版社，2000．187．
[6] 陆柱，蔡兰坤，陈中兴，等．水处理药剂[M]．北京：化学工业出版社，2002-319．
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