余氯對苯并三氮唑緩蝕效果的影響

來源：http://www.xfzhuw.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2018-07-26

　　1引言

　　銅換熱器是一種常用的循環(huán)冷卻水換熱設(shè)備,一般投加緩蝕劑來控制銅的腐蝕,最為常用且有效的銅和銅合金緩蝕劑為苯并三氮唑(Benzotriazole,BTA)[1]。其緩蝕機(jī)理在于利用BTA與銅或銅的氧化物基體形成連續(xù)的膜把銅與環(huán)境隔離開,阻止腐蝕離子到達(dá)銅表面,從而抑制溶液中銅的腐蝕[2,3]。目前,循環(huán)冷卻水中為了控制微生物的生長通常需加入氧化型殺菌劑[4],如強(qiáng)氯精、優(yōu)氯凈等。此類型的殺菌劑須保持一定的余氯濃度才能保證水中微生物的數(shù)量不超標(biāo),而余氯普遍認(rèn)為會對苯并三氮唑的銅緩蝕效果有影響,但影響程度有待進(jìn)一步研究。

　　2材料與方法

　　2.1試驗試劑及儀器

　　苯并三氮唑(BTA),天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所,分析純;強(qiáng)氯精,山東德藍(lán)化工有限公司,有效氯≥89%。

　　RCC-Ⅱ型旋轉(zhuǎn)掛片儀,高郵市秦郵儀器化工有限公司;CHI660D電化學(xué)工作站,上海辰華儀器公司;752-P紫外可見分光光度計,上海現(xiàn)科儀器有限公司;SC-15B高溫循環(huán)器,上海比朗儀器有限公司。

　　2.2試驗方法

　　2.2.1電化學(xué)試驗

　　采用三電極體系,飽和甘汞電極為參比電極,鉑電極為輔助電極,黃銅70-1A為研究電極(工作面積為1cm2,工作面積以外的部分用聚四氟乙烯封裝)。研究電極經(jīng)280#~1000#砂紙逐級拋光后依次經(jīng)去離子水、無水乙醇清洗,干燥備用。使用CHI660D電化學(xué)工作站進(jìn)行動電位極化曲線測試,電位掃描范圍為-200mV~+200mV(相對于開路電位),掃描速率為1mV/s。電極在實驗溶液中浸泡1h后進(jìn)行電化學(xué)測試,電解池置于45℃的恒溫水浴中。

　　利用Tafel直線外推法得到的腐蝕電流計算腐蝕速率,公式為[5]:

　　V(mm/a)=MiρAZ×3.27×103。

　　式中:M為電極材料的分子量(g/mol);i為腐蝕電流(A);ρ為電極材料的密度(kg/m3),ρ70-1A=8.97×103kg/m3;A為電極的面積(cm2)。

　　2.2.2腐蝕掛片實驗

　　將黃銅70-1AⅠ型腐蝕掛片固定在掛片儀上,并放入加有藥劑的試驗用水中,恒定溫度45±1℃,保持試驗轉(zhuǎn)速75r/min旋轉(zhuǎn)72h,記錄試驗前后腐蝕失重,計算平均腐蝕速度[6]。

　　平均腐蝕速度計算公式為:

　　F=C×△WA×T×ρ。

　　其中:C為計算常數(shù),以mm/a(mm/年)為單位時,C=8.76×107;△W為試片的腐蝕失重(g);A為試片的面積(cm2);T為腐蝕試驗時間(h);ρ為試件材料的密度(kg/m3),ρ70-1A=8.97×103。

　　2.3分析項目及方法

　　BTA的測定:《工業(yè)循環(huán)冷卻水中苯并三氮唑測定方法 (HG/T 3519-2003)》;余氯的測定:《鍋爐用水和冷卻水分析方法余氯得到測定 (HG/T-14424-93)》;循環(huán)冷卻水換熱設(shè)備的控制指標(biāo):《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范GB 50050-2007》。

　　2.4試驗水質(zhì)

　　試驗用水的水質(zhì)見表1。

　　表1試驗水質(zhì)

　　項目數(shù)值Ca2+(mg/L,以CaCO3計)160堿度(mg/L,以CaCO3計)200Cl-(mg/L)110pH值7.8±0.2電導(dǎo)率(μs/cm)450

　　3結(jié)果與討論

　　3.1BTA的緩蝕效果

　　3.1.1不同濃度BTA的動電位極化曲線測試結(jié)果

　　從圖1可以看出,當(dāng)BTA濃度從0.5mg/L到2.0mg/L變化時,緩蝕劑的加入沒有引起陰陽極Tafel曲線形狀的明顯變化,表明緩蝕劑的加入沒有明顯改變金屬的陽極溶解反應(yīng)和陰極的氧還原反應(yīng),但隨著緩蝕劑濃度的增加,其腐蝕電流降低。

　　圖1不同濃度BTA的動電位極化曲線

　　表2所示數(shù)據(jù)為由動電位極化曲線擬合出的腐蝕電流和腐蝕速率。由表2可知,只有當(dāng)BTA濃度達(dá)到2.0mg/L時,銅電極的腐蝕電流明顯降低,銅的腐蝕速率較小,為0.0008mm/年,說明在試驗水質(zhì)的條件下,當(dāng)BTA濃度達(dá)到2.0mg/L時,能夠達(dá)到銅腐蝕速率低于0.0050mm/年的循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)。

　　表2不同BTA濃度下的動電位極化曲線測試結(jié)果

　　BTA/(mg/L)腐蝕電流/A腐蝕速率/(mm/年)01.29×10-60.01500.51.25×10-60.01451.01.22×10-60.01421.58.19×10-70.00962.02.59×10-80.0008

　　3.1.2不同濃度BTA的腐蝕掛片測定結(jié)果

　　腐蝕掛片法測試結(jié)果如表3所示。由表3的數(shù)據(jù)可知,在試驗水質(zhì)的水質(zhì)條件下,溫度為45℃時,加入不同濃度的BTA,銅掛片的腐蝕速率均在0.0050mm/年以內(nèi)。說明試驗水質(zhì)本身對銅的腐蝕性不強(qiáng),空白時銅的腐蝕速率也未超標(biāo)。

　　表3不同BTA濃度下的腐蝕掛片測定結(jié)果

　　BTA/(mg/L)腐蝕速率/(mm/年)00.00480.50.003410.00151.50.00172.00.0022

　　3.1.3動電位極化曲線測試與腐蝕掛片測定結(jié)果的比較

　　通過表2與表3數(shù)據(jù)對比可知,腐蝕掛片測定結(jié)果與動電位極化曲線測試結(jié)果存在較大差異,這是因為動電位極化曲線掃描過程中電極表面狀態(tài)與腐蝕掛片法不同。電化學(xué)測試時的金屬電極表面是經(jīng)過均勻打磨后的金屬表面,其表面還未形成金屬氧化層,相對比較易被腐蝕,且極化條件屬于強(qiáng)化條件,因此腐蝕速率的結(jié)果較腐蝕掛片測定結(jié)果大。而腐蝕掛片法中用到的腐蝕掛片表面一般是銅和銅氧化物的結(jié)合層,起到一定的耐蝕作用。由此,可以得到兩點(diǎn)啟示:1)可以利用動電位極化曲線的測試方法來篩選不同的銅緩蝕劑,既快速又能比較不同品種的緩蝕性能;2)在現(xiàn)場裝置酸洗后開車時銅金屬的表面狀態(tài)與銅電極進(jìn)行電化學(xué)試驗時的表面狀態(tài)相似,因此推斷如果系統(tǒng)有銅換熱設(shè)備,BTA的投加濃度要大于2mg/L,才能保證對銅換熱器起始腐蝕的防護(hù)。

　　3.2不同余氯條件下BTA的緩蝕效果

　　3.2.1余氯0.1mg/L時BTA對銅的緩蝕效果

　　圖2為含有0.1mg/L余氯試驗水中不同濃度BTA的動電位極化曲線。從圖2可以看出,余氯濃度為0.1mg/L的條件下,隨著BTA濃度的升高腐蝕速率明顯降低,擬合結(jié)果如表4所示。

　　圖2不同BTA濃度下的動電位極化曲線(余氯0.1mg/L)

　　由表4可知,BTA為2.0mg/L時的腐蝕速率為0.0004mg/L,滿足循環(huán)水換熱設(shè)備的控制指標(biāo)中對銅緩蝕的要求。同時對比表2中的結(jié)果,當(dāng)試驗水中加入強(qiáng)氯精,余氯濃度在0.1mg/L時,其銅的腐蝕速率均略低于未加入強(qiáng)氯精時試驗水中的腐蝕速率,原因可能為低濃度的余氯對銅表面有一定的氧化作用,從而起到一定緩蝕效果。

　　表4不同BTA濃度下銅的腐蝕速率(余氯0.1mg/L)

　　BTA/(mg/L)01.02.0腐蝕電流/A9.75×10-75.74×10-73.53×10-8腐蝕速率/(mm/年)0.01140.00670.0004

　　3.2.2余氯0.2mg/L時BTA對銅的緩蝕效果

　　圖3為含有0.2mg/L余氯試驗水中不同濃度BTA的動電位極化曲線。從圖3可以看出,BTA的緩蝕效果隨著濃度的增加而增強(qiáng)。擬合結(jié)果如表5所示,當(dāng)余氯濃度為0.2mg/L時,BTA濃度達(dá)到2.0mg/L時,銅的腐蝕速率才能滿足低于0.0050mm/年的標(biāo)準(zhǔn)。與表4的數(shù)據(jù)對比,同樣得出當(dāng)余氯濃度保持在0.2mg/L時,在不加入BTA時,銅電極的腐蝕速率明顯下降,說明余氯對銅電極具有一定的氧化作用,但不能滿足循環(huán)水對銅緩蝕的要求。

　　表5不同BTA濃度下銅電極的腐蝕速率(余氯0.2mg/L)

　　BTA/(mg/L)01.02.03.0腐蝕電流/A7.44×10-75.15×10-71.82×10-71.67×10-7腐蝕速率/(mm/年)0.00870.00600.00210.0019

　　圖3不同BTA濃度下動電位極化曲線(余氯0.2mg/L)

　　當(dāng)BTA濃度為1mg/L時,銅電極的腐蝕速率變化不大,說明余氯對銅電極的氧化作用和對BTA的緩蝕效果影響不大;當(dāng)BTA濃度為2mg/L時,銅電極的腐蝕速率為0.0021mm/a,較余氯為0.1mg/L時(銅電極的腐蝕速率為0.0004mm/年)大,說明余氯對BTA的緩蝕作用影響較余氯0.1mg/L時大,但均滿足循環(huán)水對銅緩蝕的要求。總體而言,余氯在該濃度下對BTA緩蝕影響不大。

　　2014年5月綠色科技第5期4結(jié)語

　　動電位極化曲線法測試的腐蝕速率結(jié)果比腐蝕掛片法要大,適合于用來篩選不同的銅緩蝕劑;在現(xiàn)場裝置酸洗后開車時,如果系統(tǒng)有銅換熱設(shè)備,BTA的投加濃度要大于2mg/L,才能保證對銅換熱器起始腐蝕的防護(hù)。當(dāng)余氯濃度控制在0.2mg/L以內(nèi)時,余氯對苯并三氮唑緩蝕效果影響不大,在BTA濃度為2mg/L時,即可以滿足銅腐蝕速率小于0.0050mm/年的標(biāo)準(zhǔn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 曾榮昌,韓恩厚.材料的腐蝕與防護(hù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:110~134.

　　[2] 譚明韓.苯并三氮唑(BTA)鈍化膜對銅的緩蝕作用探討[J].科技資訊,2009:10~11.

　　[3] H.Ashassi-Sorkhabi,M.R.Majidi,K.Seyyedi.Investigation of inhibition effect of some amino acids against steel corrosion in HCl solution[J].Appl.Surf.Sci,2004(225):176~185.

　　[4] 齊冬子.敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:226~227.

　　[5] 曹楚南.腐蝕電化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995.

　　[6] 周本省.工業(yè)水處理技術(shù)[M].

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