二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑的合成研究

張洪利，劉秉智，曹 強

(渭南師范學院化學與生命科學學院，陜西渭南714000)

二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑的合成研究

張洪利，劉秉智，曹 強

(渭南師范學院化學與生命科學學院，陜西渭南714000)

在堿性條件下，以二乙胺、二硫化碳為原料合成二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑.分別研究了反應物摩爾比、反應溫度、緩蝕劑濃度、介質(zhì)環(huán)境等對緩蝕效果的影響.結果表明:當二乙胺與二硫化碳摩爾比為0.7︰1，氫氧化鈉濃度30%，反應溫度為5℃－10℃，二乙基氨荒酸鈉產(chǎn)率為90.98%，用作緩蝕劑濃度為0.04mol·L－1時，在酸性介質(zhì)中的緩蝕效率最佳，可達到98.28%，腐蝕速率0.0016g/(m2·y).該合成二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑方法簡單，得到的緩蝕劑效果好.

緩蝕劑;二乙基氨荒酸鈉;二乙胺;二硫化碳

金屬腐蝕普遍存在于各行各業(yè)，造成巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境生態(tài)問題，占我國GDP 5%［1］3－5.化學藥品是方便、廉價、有效的腐蝕控制方法［2］20－23.近幾年來陸續(xù)有文獻報道，在堿性條件下，仲胺與二硫化碳反應生成的是一類含硫、氮的鹽，而且這類化合物含有C=S不飽和鍵，如二硫代氨基甲酸鹽(DTC)、二乙基氨荒酸鈉(NaDDTC).可作為鍋爐、管路清洗、油田酸化緩蝕劑，阻止酸性條件下對設備的腐蝕，具有良好的效果［3－5］.

本文以二乙胺和二硫化碳為原料，在堿性條件下，合成二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑，探索開發(fā)一種適用于在酸性條件下的高效緩蝕劑，提供應用參考依據(jù).

1 實驗

1.1 試劑儀器

試劑:二乙胺:分析純，天津化學試劑廠;

二硫化碳:分析純，成都化學試劑廠;

氫氧化鈉:分析純，天津化學試劑廠.

儀器:W201B恒溫水浴鍋，上海申勝生物技術有限公司;

JJ－3攪拌器，常州國華電器有限公司;

ALC－210.4電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)公司.

1.2 合成原理

乙二胺和二硫化碳反應生成含有雜原子氮、硫的化合物二乙基氨荒酸鈉，具有很好的緩蝕效果.其反應方程式如圖1.

1.3 合成方法

在三口燒瓶中加入一定量的NaOH溶液和二乙胺溶液混合，在不斷攪拌下慢慢加入CS2.由于該反應是放熱反應，故加入CS2過快時有白色“煙霧”溢出.因此加入CS2一定要緩慢并且不斷的攪拌，防止CS2的揮發(fā).反應過程中溫度控制在5℃－10℃，夏天可以在冰水浴中進行.為了使反應徹底，在加完CS2后稍冷，再水浴加熱反應器，使反應混合器微沸1h，(因反應物CS2的沸點為46.5℃ ，二乙胺的沸點為56.3℃，故加熱反應液只能微沸，以防止反應物溢出而浪費原料，污染環(huán)境).由于微沸溫度不好控制，實際操作中可以增加一個回流裝置.

1.4 二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑緩蝕性能的評價方法

采用中華人民共和國電力行業(yè)標準，化學清洗緩蝕劑應用性能評價指標及試驗方法，編號DL/T 523－2007［6］.掛片的長 a=29.92mm，掛片的寬 b=14.76mm，掛片的厚 c=2.920mm，掛片的孔半徑 r=1.910mm.

2 合成條件

2.1 氫氧化鈉對合成NaDDTC緩蝕效果的影響

氫氧化鈉是生成NaDDTC的重要成分，將二乙胺、CS2的摩爾比1∶1，改變NaOH濃度，探索NaOH濃度對合成的緩蝕劑的效果的影響，緩蝕劑用量0.02mol·L－1、60℃測定.結果如圖2所示.

由圖2可以看出，隨著NaOH的濃度增加，緩蝕率經(jīng)歷了先增大后減小的變化過程，在30%時所得產(chǎn)品的緩蝕率最佳.

2.2 CS2的加量對合成NaDDTC緩蝕效果的影響

以NaOH濃度30%、二乙胺的體積不變，改變CS2的體積探索最佳的CS2用量.評價緩蝕劑用量0.02mol·L－1、60 ℃測定.結果如圖3 所示.

由圖3可以看出，隨著CS2的增加，合成的NaDDTC緩蝕率先增加后減小，在CS2的體積為30 mL時所得產(chǎn)品的緩蝕率最佳.

2.3 二乙胺的加量對合成NaDDTC緩蝕效果的影響

以NaOH的濃度30%，CS2的體積30 mL，改變二乙胺的體積探索最佳的二乙胺的用量.評價緩蝕劑用量 0.02mol·L－1、60 ℃測定.結果如圖4 所示.

由圖4可以看出，隨著二乙胺量的增加，合成NaDDTC的緩蝕率先增加后減小，在二乙胺的體積為36mL時緩蝕率最佳.

2.4 優(yōu)化合成二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑并計算其產(chǎn)率

配置濃度為30%的NaOH溶液，與98%的CS2(密度為1.2517×103kg/m3)和99%的二乙胺(密度為0.7074×103kg/m3)反應.最后自然結晶、抽濾、干燥、計算產(chǎn)率.CS2物質(zhì)的量=0.4842mol;二乙氨的物質(zhì)的量=0.3489mol.由于CS2過量，故以二乙氨的物質(zhì)的量計算理論產(chǎn)量=59.6619g.抽濾、干燥后稱量得到產(chǎn)品 53.2841g.

產(chǎn)率=(理論產(chǎn)量/實際產(chǎn)量)×100%=(53.2841/59.6619)×100%=90.98%

2.5 二乙基氨荒酸鈉應用環(huán)境的探索

2.5.1 緩蝕劑加量對緩蝕率的影響

緩蝕劑的濃度對緩蝕劑的效果用重要影響，濃度低了，起不到好的緩蝕效果，濃度過高，造成緩蝕劑的嚴重浪費.一般工業(yè)清洗溫度不超過60℃，于是以60℃為研究對象，探索緩蝕劑濃度對緩蝕效率的影響.如圖5所示.

從圖5可以看出，在相同溫度下，緩蝕率隨著緩蝕劑濃度的升高而提高.當緩蝕劑濃度為0.04mol·L－1時緩蝕率達到最大植，之后隨著濃度的繼續(xù)升高，緩蝕率幾乎不再發(fā)生改變.

2.5.2 溫度對緩蝕率和腐蝕速率的影響

酸性溶液溫度是影響腐蝕速率和緩蝕速率的關鍵因素，以緩蝕劑濃度0.04mol·L－1的測定緩蝕率，研究溫度對緩蝕效果的影響.具體結果見圖6.

從圖6可以看出，二乙基氨荒酸鈉緩蝕率在低于60℃時，緩蝕率隨著溫度的升高而增大，當超過60℃，緩蝕效果保持不變.

從圖7可以看出腐蝕速率隨著溫度的升高，經(jīng)歷了一個先減小后增大的過程，在溫度60℃，濃度都為0.04mol·L－1時，腐蝕速率最小.由圖6和圖7可以看出，二乙基氨荒酸鈉在60℃保持最好的緩蝕效果，同時也是腐蝕速率最小的點，在55℃－70℃范圍內(nèi)，均能滿足標準要求，也是有利于酸洗等作業(yè)最好的參考點.

3 結論

在堿性溶液中，用二乙胺、二硫化碳溶液為原料合成二乙基氨荒酸鈉緩蝕劑的方法簡單，原料易得并且成本低廉.當乙二胺與二硫化碳摩爾比為0.7，在60℃酸性介質(zhì)中，緩蝕率98.28%，腐蝕速率最小，工作介質(zhì)溫度在55℃－70℃均能滿足腐蝕速率小于0.002g/mm2·y標準要求.此緩蝕劑可用于鹽酸等酸性介質(zhì)對鋼鐵的腐蝕，可廣泛應用在鍋爐清洗、管路污垢清洗、油田酸化解堵的緩蝕領域.

［1］柯偉.中國腐蝕調(diào)查報告［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2003.

［2］張?zhí)靹?緩蝕劑［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2002.

［3］Aiman E.Al-Rawajfeh，E.M.A.-S.Inhibition of corrosion in steel water pipes by ammonium pyrrolidine dithiocarbamate(APDTC)［J］.Desalination，2007，206:169－178.

［4］METIKOS-HUKOVIC，S.M.M.The inhibition of copper-nickel alloy corrosion under controlled hydrodynamic condition in seawater［J］.Journal of Applied Electrochemistry，2006，(36):1311－1315.

［5］范洪波.氨荒酸鹽類緩蝕劑抑制碳鋼在酸中腐蝕的灰關聯(lián)分析［J］.江蘇石油化工學院學報，2002，(6):30－32.

［6］DL/T 523－2007.化學清洗緩蝕劑應用性能評價指標及試驗方法［S］.北京:中國電力出版社，2007.

Synthesis of Sodium diethyldithiocarbamate with Diethylamine and Carbon Disulfide

ZHANG Hong-li，LIU Bing-zhi，CAO Qiang
(School of Chemistry and Chemical Engineering，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

Sodium diethyldithiocarbamate(NaDDTC)was synthesed with diethylamine，carbon disulfide in sodium carbonate solution.And NaDDTC as corrosion inhibitor for N80 steel was studied in hydrochloric acid solution by means of immersion experiments tests.Some effecting factors were studied，for example reaction time，raw molar ratio，inhibitor efficiency of corrosion，corrosion velocity，etc.The results shows that diethylamine:carbon disulfide=0.7∶1，inhibitor efficiency is 98.28%，weight losses velocity is 0.016g/mm2·y.NaDDTC can effectively inhibite corrosion on hydrochloric acid solution for N80.A simple method was developed on NaDDTC as corrosion inhibitor.

Sodium diethyldithiocarbamate;Diethylamine;Carbon Disulfide;corrosion inhibitor

TQ218

A

1009—5128(2011)06—0054—05

2011—03—16

渭南師范學院科研計劃項目(08YKZ004)

張洪利(1975—)，男，吉林公主嶺人，渭南師范學院化學與生命科學學院講師，西安科技大學在讀博士.研究方向:綠色化工工藝開發(fā).

【責任編輯 曹 靜】