摘要：通過動態旋轉掛片實驗，研究了水處理劑腐植酸鈉(HA-Na)的緩蝕性能以及與Zn2+和葡萄糖酸鈉復配的緩蝕協同效應。結果表明：HA-Na對碳鋼有一定的緩蝕作用；與Zn2+復配有較好的協同效應，而與葡萄糖酸鈉復配沒有協同效應；但是，HA-Na，Zn2+ 和葡萄糖酸鈉三者復配表現出優異的緩蝕性能。還探討了HA-Na的緩蝕作用機理。
關鍵詞：腐植酸鈉；緩蝕作用；協同效應
1 引 言
目前國內外冷卻水系統中常用的水處理緩蝕劑大多采用磷酸鹽系列(簡稱磷系)，由于磷的排放將引起周圍水域的富營養化，促進菌藻的滋長形成“赤潮”，為此歐美發達國家已分別提出禁磷限磷措施，如德國要求磷的排放≤lmg／L等[1]。因此，開發低磷或無磷綠色水處理劑已成為當今水處理劑研究的主要方向。
腐植酸鈉可由風化煤、褐煤等天然資源中方便地分離出來，使用成本低，無污染；其富含羧基、羥基等有機基團，具有離子交換、吸附、絡合等性質及良好的分散性，且能有效地分散金屬氧化物，在金屬表面形成化學性質穩定的保護膜，表現出良好的阻垢、溶垢和緩蝕性能[2]。本工作研究了HA-Na的緩蝕作用以及HA—Na與無磷、非氮化合物的緩蝕協同效應，并從分子結構的角度探討了影響HA-Na緩蝕性能的原因。
2 實驗部分
2．1 腐植酸鈉的制備[3]
將風化煤粉碎至60目，經酸洗脫鈣處理后，混合堿液抽提，其抽提液通過沉降過濾，濾液經真空濃縮，恒溫干燥得固體腐植酸鈉。
2．2 實驗方法
本研究采用失重法，按HG／T 2159—1991標準[4]進行。實驗儀器為RCC-I型旋轉掛片腐蝕試驗儀；實驗條件：溫度(50±1)℃ ，試片材質為A3碳鋼，實驗溶液體積與試片面積比：32ml／cm2，轉速75r／min，不預膜，實驗時間72h，實驗用水為太原理工大學自來水，水質分析見表l；試片處理：試片表面積均為28．0cm2左右，為獲得均一的表面狀態，對試片先用鐵砂紙從粗到細打磨，最后用l#～6#金相砂紙打磨，用游標卡尺準確測量試片尺寸(精確到mm)，計算整個試片的表面積。擦去試片表面的殘屑，然后用無水酒精、丙酮脫脂，用電吹風(冷風)吹干。將干燥后的試片放在分析天平上稱量(精確至0．1mg)。實驗步驟：從試片掛入溫度為(50±1)℃的試液中起計算時間，72h后取出試片，酸洗去除腐蝕產物，去離子水洗、干燥稱重；同時做未加水處理劑時的空白試驗；由試片在實驗前后的質量損失計算出腐蝕率和緩蝕率。
 |
 |
3 結果與討論
3．1 HA-Na的緩蝕作用
按2．2的實驗條件對HA-Na的緩蝕性能進行了測定，實驗結果見表2。從表2可以看出，HA-Na在較低用量時對碳鋼即具有一定的緩蝕作用，隨著藥劑用量的增加緩蝕作用增強，在50mg／I 以上的較高用量時緩蝕效率可達到58%以上。
3．2 HA-Na與Zn2+的協同效應
鋅鹽和許多水處理劑有協同作用，價格便宜，成膜速度快[5]，所以得到了廣泛應用。為研究Zn 2+和HA-Na的緩蝕協同效應，測試了不同用量的HA-Na和Zn 2+復配使用時對碳鋼的緩蝕性能，結果見表3。從表3可以看出，HA_Na和Zn 2+復配使用表現出較好的協同作用，其原因可能是HA-Na能使Zn 2+穩定地存在于溶液中。
 |
 |
3．3 HA-Na與葡萄糖酸鈉的協同作用
葡萄糖酸鈉是使用較早、近年來又重新被重視的一種多羥基羧酸型的水處理劑。它在水溶液中對Fe3+，Cu2+，Ca2+等離子均有較好的螯合能力，并對這些離子的許多鹽類也有很好的去活化作用，對環境沒有任何直接或間接的危害[6]。為研究葡萄糖酸鈉和HA—Na的緩蝕協同效應，測試了不同用量的HA-Na和葡萄糖酸鈉復配使用時對碳鋼的緩蝕性能，結果見表4。可以看出，HA_Na和葡萄糖酸鈉復配使用的效果一般不如它們單獨使用時的效果好。這可能是因為，HA_Na與葡萄糖酸鈉在水溶液中不易穩定存在，影響了各自的性能。
3．4 HA-Na與Zn 2+和葡萄糖酸鈉的協同作用
為研究HA-Na，葡萄糖酸鈉和Zn2+的緩蝕協同效應，測試了HA—Na與不同用量的葡萄糖酸鈉和Zn2+復配使用時對碳鋼的緩蝕性能，結果見表5。HA-Na為30mg／L，Zn +為2～10mg／L、葡萄糖酸鈉為10~30mg／I 時，對碳鋼的緩蝕率可達74 ～89 以上。配方中的Zn抖發揮了成膜速度快的優點，而葡萄糖酸鈉結構中的多羥基很好地穩定了Zn2+，并因此減緩了羥基和HA-Na中羧基的作用，HA-Na的阻垢分散作用也能夠充分發揮。該三元配方解決了HA—Na同Zn2+和葡萄糖酸鈉單獨復配時存在的問題，表現出了優異的緩蝕性能。
 |
3．5 HA-Na的緩蝕作用機理探索
官能團是影響緩蝕劑緩蝕性能的主要因素。由于HA—Na分子中含有羥基、羧基等活性基團，這些基團帶有較多的負電荷，可以向金屬的空白軌道提供電子，使金屬表面覆蓋的Fe304，SiO2和CaCO3與HA—Na絡合，而在金屬表面形成穩定致密的化學吸附保護膜—— 電中性絕緣層，從而使金屬表面與腐蝕介質隔開，減緩了金屬表面的化學腐蝕，而達到緩蝕作用。
4 結論
(1)腐植酸鈉單獨使用時對碳鋼即有一定的緩蝕作用；與Zn2+組成的二元配方對碳鋼有較好的協同緩蝕作用；而與葡萄糖酸鈉組成的二元配方對碳鋼沒有協同緩蝕作用，由它們組成的三元配方顯示出極強的協同效應，在一定質量濃度范圍內對碳鋼的緩蝕率可達74 ～89%以上。
(2)腐植酸鈉緩蝕作用的機理主要在于其分子中含有羥基、羧基等活性基團，使得HA-Na容易在金屬表面形成穩定致密的化學吸附保護膜。
參考文獻：
[1] 劉國華，奚旦立，李燕，等．環保型無磷復合水處理劑的研制[J]．腐蝕與防護，2003，24(11)：480-482．
[2] 鄭平．煤炭腐植酸的生產和應用[M]．北京：化學工業出版社，1991．128～ 132．
[3] 鄒綱明，凌開成．腐植酸的表征及其鈉鹽的阻垢作用[J]．煤炭轉化，1994，17(2)：43-46．
[4] HG／T 2159—1991．水處理劑緩蝕性能的測定——旋轉掛片法[S]．
[5] 何鐵林．水處理化學品手冊[M]．北京：化學工業出版社，2000．187．
[6] 陸柱，蔡蘭坤，陳中興，等．水處理藥劑[M]．北京：化學工業出版社，2002-319． 來源：谷騰水網
