鉬系復(fù)合緩蝕劑性能研究

向云剛，崔益順，譙康全

（1.四川理工學(xué)院a.材料與化學(xué)工程學(xué)院；b.分析測(cè)試中心，四川自貢643000；2.材料腐蝕與防護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川自貢643000）

鉬系復(fù)合緩蝕劑性能研究

向云剛1a，崔益順1a，譙康全1b，2

（1.四川理工學(xué)院a.材料與化學(xué)工程學(xué)院；b.分析測(cè)試中心，四川自貢643000；2.材料腐蝕與防護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川自貢643000）

以鉬酸鈉為主緩蝕劑，通過(guò)與硫酸鋅、硅酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的復(fù)配制得鉬系復(fù)合緩蝕劑，考察其對(duì)3.5%NaCl介質(zhì)中碳鋼的緩蝕性能。通過(guò)動(dòng)電位極化曲線法和正交實(shí)驗(yàn)方法確定了最優(yōu)緩蝕劑配方：鉬酸鈉50 mg／L、SDBS 30 mg／L、硅酸鈉5 mg／L、硫酸鋅2 mg／L。動(dòng)電位極化曲線和失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致表明：該復(fù)合緩蝕劑的緩蝕性能優(yōu)異，對(duì)碳鋼在3.5%NaCl介質(zhì)的緩蝕率高達(dá)90%。同時(shí)用掃描電鏡研究了碳鋼表面的微觀形貌變化。

鉬系復(fù)合緩蝕劑；NaCl；碳鋼

引言

基于綠色化學(xué)的觀念，從緩蝕劑的分子設(shè)計(jì)、合成路線、復(fù)配增效、應(yīng)用性能等方面出發(fā)，綜合評(píng)價(jià)和認(rèn)識(shí)緩蝕劑應(yīng)用開發(fā)的環(huán)境負(fù)荷及經(jīng)濟(jì)效益是緩蝕劑及其技術(shù)發(fā)展的方向［1-4］。然而，許多高效的緩蝕劑往往具有一定的毒性，直接往水體中排放會(huì)造成環(huán)境污染，這使其應(yīng)用范圍受到限制。1988年，我國(guó)頒布實(shí)施的地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—88）和污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978—88）都未將鉬列入?yún)?shù)項(xiàng)目和污染物項(xiàng)目［5］。因此，鉬酸鹽已被公認(rèn)為無(wú)公害物質(zhì)、低毒性。目前，鉬系復(fù)合緩蝕劑因其低毒、無(wú)公害的優(yōu)勢(shì)正在逐漸被發(fā)掘研究，但單獨(dú)使用鉬酸鹽，存在使用劑量較大時(shí)，才能獲得最佳的緩蝕效果，且價(jià)格昂貴等問題，這在一定程度上限制了它的開發(fā)與應(yīng)用。因此研究鉬酸鹽復(fù)合配方具有減少鉬酸鹽的用量、降低處理費(fèi)用和提高緩蝕率的意義。

本文在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，考察鉬酸鈉、SDBS、硅酸鈉和硫酸鋅四元緩蝕劑的復(fù)配，以緩蝕率為考察指標(biāo)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)方法得出最優(yōu)配方。然后采用失重法、動(dòng)電位極化曲線法和掃描電鏡研究其緩蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要實(shí)驗(yàn)儀器、材料及藥品

Q235碳鋼試片，金相砂紙，電化學(xué)工作站（chi660D，上海辰華儀器有限公司），恒溫水浴鍋（HH－2，金壇市宏華儀器廠），參比電極為甘汞電極（213型），對(duì)電極為鉑電極（213型，上海光電儀器廠），工作電極自制（圓柱形Q235碳鋼，工作表面為圓形截面，面積0.785 cm2，非工作表面用環(huán)氧樹脂密封）。碳鋼材料分析見表1。

鉬酸鈉（AR，重慶北碚化學(xué)試劑廠），硫酸鋅（AR，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠），硅酸鈉（AR，上?；瘜W(xué)試劑總廠所屬上海試劑四廠），十二烷基苯磺酸鈉SDBS（AR，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司），氯化鈉（AR，成都市科龍化工試劑廠）。配制用水為實(shí)驗(yàn)室自制二次蒸餾水。

1．2 工作電極前處理

工作電極用金相砂紙逐級(jí)打磨拋光至1600＃，丙酮除酯、二次蒸餾水沖洗、乙醇超聲，干燥后備用。

1．3 試驗(yàn)方法

（1）失重法

失重試驗(yàn)參照GB10124－1988［6］。

（2）電化學(xué)法

采用chi660D電化學(xué)工作站進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試。當(dāng)電位小于0.2 mV／min后，以掃描速率2mV／s、開路電位±150 mV進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線測(cè)試。

（3）掃描電鏡測(cè)試法

將大小為10 mm×10 mm×2 mm的Q235鋼片用金相砂紙逐級(jí)打磨拋光至1600＃，水沖洗、丙酮超聲、室溫干燥，然后分別懸掛浸泡于25℃下未添加緩蝕劑和含不同濃度緩蝕劑的3.5%NaCl溶液中，靜置72 h后取出鋼片，水沖洗、干燥后，在掃描電鏡下觀察鋼片表面的微觀形貌。

表1 Q235碳鋼化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比（w t%）

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1 復(fù)配正交試驗(yàn)結(jié)果

25℃下，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用鉬酸鈉、SDBS、硅酸鈉和硫酸鋅四種緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配，以緩蝕率為考察指標(biāo)，選用L9（34）正交表，進(jìn)行復(fù)配實(shí)驗(yàn)。因素水平表見表2，極差分析結(jié)果見表3。根據(jù)極差分析

表2因素水平表

結(jié)果，由表3得出四種緩蝕劑的影響主次為：A＞C＞D＞B，最優(yōu)水平為：A1 B1 C2 D2，即四元復(fù)合緩蝕劑的最優(yōu)質(zhì)量配比為：鉬酸鈉：硅酸鈉：十二烷基苯磺酸鈉：硫酸鋅＝5∶3∶0.5∶0.2。在25℃條件下，3.5%NaCl溶液中，添加鉬酸鈉50 mg／L、硅酸鈉30 mg／L、SDBS 5mg／L、硫酸鋅2 mg／L，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。最優(yōu)方案進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。

表3正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1動(dòng)電位極化曲線圖

由圖1可知：（1）最優(yōu)配方下，根據(jù)Tafel擬合計(jì)算緩蝕效率高達(dá)90%，高于表3中最優(yōu)水平試驗(yàn)結(jié)果86.34%。（2）當(dāng)加入緩蝕劑后，陰極極化曲線和陽(yáng)極極化曲線均顯著向低電流方向移動(dòng)，表明復(fù)配緩蝕劑同時(shí)抑制了陽(yáng)極和陰極反應(yīng)。（3）含緩蝕劑的溶液較未添加緩蝕劑腐蝕電位正移明顯，自腐蝕電位升高，這表明復(fù)合緩蝕劑類型是典型的陽(yáng)極型緩蝕劑。

2．2 失重法結(jié)果

在25℃的3.5%NaCl溶液配制5組溶液，見表4。

表4掛片試驗(yàn)溶液添加表

失重法實(shí)驗(yàn)表明：（1）目測(cè)可知（圖2），隨著緩蝕劑種類的增加，掛片液更加澄清，鋼片腐蝕更小。（2）由表5知，隨著緩蝕劑種類的增加，緩蝕效率增加，碳鋼的表面腐蝕受到抑制，這與圖2相符，表明各種緩蝕劑之間存在協(xié)同機(jī)理，從而減緩了碳鋼的腐蝕。（3）5＃液（正交最優(yōu)條件）緩蝕率為90.8%，與圖1的動(dòng)電位極化曲線法擬合所得的緩蝕效率90%基本相符。

圖2掛片72 h后目測(cè)圖

表5失重法結(jié)果

2．3 電鏡掃描結(jié)果

25℃下，Q235鋼片在表4溶液中浸泡72 h后，碳鋼表面腐蝕前后的微觀形貌如圖3所示（放大2000倍的SEM圖）。

圖3腐蝕形貌圖

由圖3知：（1）添加了5＃溶液的試樣SEM圖可以觀察到試片表面較平滑，說(shuō)明正交試驗(yàn)得出的最優(yōu)水平有很好的緩蝕效果。（2）將未添加緩蝕劑和添加不同種類緩蝕劑的試樣SEM圖對(duì)比可知，隨著緩蝕劑種類的增加，碳鋼表面腐蝕逐漸減小，這進(jìn)一步說(shuō)明增加的緩蝕劑種類體現(xiàn)出協(xié)同作用，使得吸附在鋼表面的吸附膜更加致密，從而有效抑制Q235鋼在3.5%NaCl溶液中的腐蝕。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)正交試驗(yàn)得出復(fù)配緩蝕劑的最優(yōu)配方為：50 mg／L Na2MoO4、30 mg／L Na2SiO3、2 mg／L ZnSO4和5 mg／L SDBS。緩蝕率達(dá)90%。

（2）失重法和電化學(xué)測(cè)試法結(jié)果表明，復(fù)合緩蝕劑種類增加，其緩蝕性能提高，說(shuō)明各種緩蝕劑之間存在協(xié)同作用。

（3）電鏡掃描結(jié)果表明，添加復(fù)合緩蝕劑的試片與未添加緩蝕劑的試片相比，試片表面更加趨于平滑，這說(shuō)明試片在鉬系復(fù)合緩蝕劑中的腐蝕速度減小。

［1］王國(guó)瑞，劉崢，劉二喜，等.綠色緩蝕劑研究現(xiàn)狀與展望［J］.腐蝕與防護(hù)，2009，30（10）：732-737.

［2］張大全.緩蝕技術(shù)研究進(jìn)展及在能源工業(yè)中的應(yīng)用［J］.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，29（4）：355-363.

［3］Pandian B R，Mathur G S.NaturalProducts as Corrosion Inhibitor for Metals in Corrosive Media-A Review［J］. Materials Letters，2008，62（1）：113-116.

［4］張世紅，齊振偉，王夢(mèng)迪，等.柚子皮提取物對(duì)C38的緩蝕作用［J］.表面技術(shù)，2014，43（1）：50-54.

［5］王大中.循環(huán)冷卻水的鉬系緩蝕劑［J］.工業(yè)水處理，199l（3）：8-17.

［6］Yan Y，LiW H，CaiL K，etal.Electrochemicaland quantum chemical study of purines as corrosion inhibitors for mild steel in 1 M HCl solution［J］.Electrochemical Acta，2008，53（7）：5953-5960.

Study on Properties of Molybdenum Com posite Corrosion Inhibitor

XIANG Yungang1a，CUIYishun1a，QIAO Kangquan1b，2
（1a.School of Material and Chemical Engineering；1b.Analysis and Testing Center，Sichuan University of
Science＆Engineering，Zigong 643000，China；2.Material Corrosion and Protection Key Laboratory of Sichuan Province，Zigong 643000，China）

Sodium molybdate is used as themain corrosion inhibitor to derive themolybdenum composite inhibitor combined with the zinc sulfate，sodium silicate and sodium dodecyl benzene sulfonate（SDBS）.And the corrosion inhibition of carbon steel immersed in 3.5%NaCl medium by molybdenum composite inhibitor is investigated.The optimal corrosion inhibitor component that sodium molybdate is 50 mg／L，the SDBS is 30 mg／L，the sodium silicate is 5 mg／L and the zinc sulfate is 2 mg／L，is determined by the potentiodyramc polarization curves and orthogonal testmethods.The results of the potentiodyramc polarization curves and the weight loss tests results consistently reveal that the compound corrosion inhibitor has excellent corrosion inhibition performance，and the inhibition efficiency of the potentiodynamic polaniation cnroesmethod in 3.5%NaClmedium is up to 90%.Meanwhile，themicrocosmic morphology change of carbon steel surface is studied by scanning electron microscopy.

molybdenum compound inhibitor；NaCl；carbon steel

TG174.42

A

1673-1549（2015）01-0009-04

10．11863／j．suse．2015．01．03

2014-11-18

材料腐蝕與防護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（2011CL13）

向云剛（1987-），男，四川遂寧人，碩士生，主要從事金屬緩蝕劑方面的研究，（E-mail）yungangxiang＠163.com崔益順（1969-），女，四川威遠(yuǎn)人，教授，主要從事無(wú)機(jī)精細(xì)化工方面的研究，（E-mail）cuiyishun＠163.com