第9卷 第4期2003年11月
电化学
EL ECTROCHEMISTR Y
Vol. 9 No. 4Nov. 2003
文章编号:1006-3471(2003) 04-0416-06
天然海水中绿色碳钢缓蚀剂的研究
公 平, 杜 敏3, 王庆璋, 穆振军
(中国海洋大学化学化工学院, 山东青岛266003)
根据分子设计和官能团剪裁方法, 结合有机缓蚀剂分子在金属表面和氧化膜表面的配位摘要:
理论, 选择葡萄酸钙, 葡萄糖酸锌, 硫酸锌, 蒜素, 丙烯酸聚合物, 椰子油基烷醇酰胺,APG ,OCTA , 多聚磷酸钠等多种缓蚀剂成分, 利用极化曲线法和重量法研究了上述缓蚀剂复配后对海水中碳钢的缓蚀作用, 并由正交实验对筛选出的葡萄酸钙, 硫酸锌和OCTA 研究确定其以及相互之间的最佳复配比和协同效应, 然后通过分段实验法再研究其最佳配方的后效能性, 降解的无磷高效绿色缓蚀剂.
关键词: 碳钢; 缓蚀剂; 绿色; 海水
中图分类号: TG 174. 12:, . , 一[11]. 从观念, 理论和技术上为材料的腐蚀问题, 研究[2]. 前人研究表明[3～5], 葡萄糖酸盐既能满足上述条件, 又能对海水中的碳钢腐蚀起到有效的抑制作用, 而且葡萄糖酸盐可利用再生性植物资源作为合成原料, 也可利用食品, 医药等行业加工过程中产生的废弃物提纯或改性而得. 本文即以葡萄糖酸盐作碳钢缓蚀剂配方的主盐.
根据有机缓蚀剂分子在金属表面和氧化膜表面的配位理论[6], 本文同时选择了硫酸锌, 柠檬酸钠, 偏硅酸钠和ACUSOL445N ,AP G ,OCTA ,OS -15及蒜汁等作为葡萄糖酸盐的复配剂[7～11].
1 试验部分
1. 1 试验材料及预处理
907碳钢试样成分见表1. 用于电化学实验的研究电极试样尺寸为:1.10cm ×0. 90cm ×0. 50cm , 实验前经320目,500目. 1000目砂纸及1#、4#金相砂纸逐级打磨, 直到露出光亮
均匀的金属面, 用去离子水冲洗, 滤纸吸干, 丙酮擦拭除油后待用. 用于重量法实验的试样均采用线切割法加工而成, 尺寸为4. 00cm ×1. 90cm ×0. 70cm , 各试样钻有孔径约0. 30cm 的小
收稿日期:2002-12-13, 修订日期:2003-04-01
3通讯联系人, Tel :(86-532) 2032481 E -mail :ssdm99@mail.ouc. edu. cn
2002年山东省教育厅第三批科技计划项目(JO2C52) 资助
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孔以备挂片之用.
表1 907碳钢的成分
Tab. 1 The composition of mild steel 907
Element Content/%
C 0. 094
Mn 0. 886
Si 0. 714
S 0. 007
P 0. 014
Ni 0. 600
Cr 0. 631
Cu 0. 418
Ti 0. 012
Fe Rem.
1. 2 实验试剂
葡萄糖酸钙(三精牌口服液) , 葡萄糖酸锌(工业品) , 硫酸锌(分析纯) , 偏硅酸钠(分析纯) , 柠檬酸钠(分析纯) , 多聚磷酸钠(STPP 工业品, 一级) , 聚丙烯酸钠(ACUSOL445N , 工业品) , AP G (工业品,C0810) ,OCTA (食品添加剂) ,OS -15(食品添加剂) , 蒜汁.
本实验所用腐蚀介质为青岛鲁迅公园海域的天然海水, 盐度为32‰.
1. 3 实验方法
1) 重量法:, 试.
2) 极化曲线法:, , 仪器IM6e (2 2. 1 缓蚀剂成分的确定
根据实验以及文献报道[5], 确定以(100mg ・L -1) 葡萄糖酸钙和(200mg ・L -1) 硫酸锌作主盐, 与其它7种物质进行复配, 然后再由重量法测定所选各配方缓蚀剂的缓蚀效率. 实验结果见表2.
按表2筛选出No. 7组分(即葡萄糖酸钙, 硫酸锌和OCTA IE98. 63%) 作正交实验法研究. 以便进一步确定缓蚀剂中各成分的最佳配比.
2. 2 正交方案设计
本实验定为3因素3水平, 分别包括缓蚀剂的葡萄糖酸钙, 硫酸锌和OCTA 等3种成分(因素) 以及每种成分的3个不同投加量(水平) :100mg ・L -1,200mg ・L -1,300mg ・L -1.
根据实验的因素水平数, 选择L 9(34) 正交表作正交实验. 将以上所给的因素水平列入L 9(34) 正交表前3列, 而第4列为空列(见表3) . 分别对L 9(34) 正交表中各实验编号的溶液测定
其极化曲线, 用EXCEL 和ORIGIN 进行数据处理求出缓蚀率, 所得结果同时列于表3. 如表所见, R A >R B >R C , R B 和R C 与R A 相差较大, 说明在所选配方中, 葡萄糖酸钙浓度的变化对缓蚀率影响较大, 而硫酸锌和OCTA 浓度的变化对缓蚀率的影响相对较小, 两者的影响程度也相接近. R D 为0. 96, 不等于0, 但比R A 、R B 和R C 小得多, 虽存在实验误差, 但也说明影响较小. ⅢA >ⅡA >ⅠA , 说明葡萄糖酸钙的浓度选取300mg/L 较合适; 因葡萄糖酸钙的最佳
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表2 遴选缓蚀剂的缓蚀率
Tab. 2 The inhibition efficiency of corrosion inhibitors selected from experiment No. [1**********]11
Corrosion inhibitor
(-1)
Calcium G luconate/100,Z inc Sulfate/200
(-1)
Blank S odium citrate/200S odium metasilicate/200ACUSOL445N/200
APG /100OS -15/100OCTA/200S odium metasilicate/100S odium polyacrylate/100
APG /G S citrate/100
IE/%75. 6780. 0378. 9890. 3196. 2095. 7098. 6386. 3785. 25
″″″″″″″″″表3 L 9(34) 拉丁正交实验结果
Tab. 3 The results of Latin experiment with L 9(34)
No. 123456789
Ca G l (A )
[1**********]0. 32164. 28167. 2733. 4454. 7655. 7623. 32
Z inc Sulfate (B )
[1**********]2. 77164. 12134. 9844. 2654. 7144. 9910. 45
OCTA (C )
[1**********]8. 02152. 91150. 9442. 6750. 9750. 318. 3
Blank (D )
[1**********]3. 99141. 12146. 7648. 0047. 0448. 920. 96
IE/%24. 4142. 2033. 7154. 9563. 8245. 5153. 4158. 1055. 76
∑Ⅰ
∑Ⅱ∑ⅢⅠⅡⅢ
R
Level :1) 100mg/L , 2) 200mg/L , 3) 300mg/L
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点在实验范围的边界, 理论上还应扩大实验范围, 寻求更高的缓蚀效率. ⅡB >ⅢB >ⅠB , 说明硫酸锌浓度选取20mg/L 较合适; ⅡC >ⅢC >ⅠC , 说明OCTA 饱和溶液以200mg/L 为宜. 根据实验结果确定了以上3种组分的最佳复配比为:葡萄糖酸钙300mg ・L -1, 硫酸锌200mg ・L -1和OCTA 饱和溶液200mg ・L -1.
2. 3 协同效应研究
图1示出907碳钢在天然海水或于天然海水中分别单独投加300mg ・L -1葡萄糖酸钙或200mg ・L -1硫酸锌或200mg ・L -1OCTA 饱和溶液以及按上述复配比投加复合配方缓蚀剂的极化曲线.
如图可见, 相对于单一成份缓蚀剂而言, 在含有复合配方缓蚀剂的海水中,907碳钢的阳极极化曲线和阴极极化曲线都变化较大. 显然, 复合配方缓蚀剂的加入导致阴, 阳两极极化曲线斜率变小, 意味着电极反应的阻力变大, 腐蚀反应被有效抑制[12]. 由此可知, 复配成分之间存在着很好的协同效应
.
图1 907碳钢在海水中投加单组分缓蚀剂及复合配方
缓蚀剂的极化曲线
Fig. 1 Polarization curves of the mild steel 907in seawater
added single or compound
inhibitors
图2 907碳钢在含缓蚀剂海水中的缓蚀率随
浸泡时间变化关系
Fig. 2 Variation of inhibition efficiency with
dipping time for the mild steel 907dipped in seawater contained with in 2hibitors
2. 4 缓蚀剂的后效能性
图2示出根据极化曲线法测定的在含有缓蚀剂的海水中, 其缓蚀率随试样(907碳钢) 浸泡时间的变化关系. 据图初始阶段缓蚀率随试样浸泡时间的延长增幅较大, 尤其是前6h , 随后增幅较为平缓. 可见浸泡初期成膜速率较快, 但随着浸泡时间的延长, 缓蚀剂在试样表面形成保护膜的速率降低. 当浸泡6h 之后, 电极表面已形成较为完整的保护膜, 而在浸泡的24h 内, 相应的极化曲线斜率随浸泡时间的延长逐渐减小, 此时电极反应的阻力逐渐增大, 腐蚀反应速
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率趋缓. 至浸泡于72h 后, 缓蚀效率趋近稳定值, 表明缓蚀剂膜已经基本完整, 该试样不再继续发生腐蚀反应.
3 结 论
1) 以葡萄糖酸钙, 硫酸锌和OCTA 3者复配的缓蚀剂是绿色高效的缓蚀剂, 能够对静止海
水中的碳钢提供很好地保护.
2) 上述3种缓蚀剂的最佳复配比为:葡萄糖酸钙300mg ・L -1, 硫酸锌200mg ・L -1和OC 2TA 饱和溶液200mg ・L -1. 复配成分之间存在着很好的协同效应.
3) 葡萄糖酸钙,OCTA 是阳极型缓蚀剂, 硫酸锌是阴极型缓蚀剂,3者复配之后是混合型
缓蚀剂.
4) 该缓蚀剂对907碳钢的缓蚀率随浸泡时间的延长而增加, 原因是缓蚀剂在碳钢表面成膜逐渐完善.
The Study of Green Mild Steel 907in G Qing-zhang ,MU Zhen-jun
ist ry and Chem ical Engi neeri ng Ocean U niversity of Chi na ,
Qi ngdao 266003, Chi na )
Abstract :
Nine green compounds ,including calcium gluconate ,zinc gluconate ,zinc sulfate ,gar 2
lic ,ACUSOL 445N ,OS -15,AP G , OCTA and STPP were selected according to the methods of molecule design and function groups prune. The functions of combined corrosion inhibitors mixed by the compounds mentioned above for mild steel in seawater were studied in this work using the methods of polarization curve and weight-loss. The best weight ratio and distinct synergistic effect of calcium gluconate ,zinc sulfate and OCTA were studied by Latin experiment. The afgereffects of the best weight ratio corrosoin inhibitor were studied by subsection experiment. In this way , a kind of high effect green corrosion inhibitor was obtained.
Key words :Reference s :
Mild steel , Corrosion inhibitor , Seawater
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