CN102674565A - 一种海水缓蚀剂 - Google Patents

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高玉华
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    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Abstract

本发明公开了一种用于海水循环冷却水处理的环境友好型海水缓蚀剂，属化工产品技术领域。它由聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸按质量比为(4～8)∶(0.6～1)∶(3～5)∶(0.25～0.5)混合而成。本发明在海水等高硬度、高氯离子浓度、强腐蚀性的水质中具有优异的缓蚀能力，用于海水循环冷却水系统中的药剂用量为78.5mg/L～145mg/L，可生物降解性，28天后降解率可达到80％以上，属于环境友好产品。本发明在使用时不需要预膜，使用方便，节约成本。

Description

一种海水缓蚀剂
技术领域
本发明涉及一种用于海水循环冷却水处理的环境友好型海水缓蚀剂，属于化工产品技术领域。
背景技术
随着淡水资源危机加剧，使用海水作为循环冷却水系统中的补充水具有重要意义，但是海水具有成分复杂，含盐量高，微生物种类多的特点，因此海水的腐蚀性比淡水更强，海水的强腐蚀性会导致循环水系统的管道和换热设备的严重腐蚀。所以，解决碳钢在海水中的腐蚀是海水用于循环冷却水的关键，而添加缓蚀剂就是解决这一问题的有效方法。最早的海水缓蚀剂是英国的Clay于1946年提出的，将甲醛用于抑制海水介质中碳钢的腐蚀。从20世纪50年代起，国内外专家对海水中的碳钢缓蚀剂进行了大量研究，这些研究专注于提高缓蚀效率，很少考虑环保问题。20世纪90年代，许多学者开始关注环保型的海水缓蚀剂，但是发展比较缓慢。现有技术中，国内应用较多的海水缓蚀剂为钼酸盐系缓蚀剂与钨酸盐系缓蚀剂。如张捍东将钼酸钠与硅酸钠、有机胺复配，其缓蚀率可达90％以上(碳钢在盐水体系中得腐蚀研究[J].材料保护，2005，34(8)：243-245.)；苪玉兰将钼酸盐与HEDP、锌盐进行复配，在海水中的缓蚀率为90.91％(钼酸盐复合缓蚀剂对海水中碳钢的缓蚀作用[J].腐蚀与防护，2007，28(2)：61-64.)；穆振军等将将钨酸钠与硅酸钠、APG等复配，在海水中作为碳钢缓蚀剂的缓蚀率达到93.8％(天然海水中高效缓蚀剂对碳钢缓蚀作用[J].中国腐蚀与防护学报，2006，25(4)：205-208.)；柳鑫华将钨酸盐与柠檬酸钠、HEDP、锌盐复配，在海水中缓蚀率达到93.6％(影响钨酸盐复合海水缓蚀剂缓蚀性能因素[J].材料保护，2009，42(2)：16-18.)。钼酸盐与钨酸盐低毒，污染小，但它们无法生物降解，在环境中长期积累具有潜在危害。并且钼酸钠与钨酸钠的价格分别为170元/千克与15元/千克，导致海水处理成本较高。目前，在常用的有机膦海水处理剂中大多是以羟基亚乙基二膦酸(HEDP)复配为主，其在海水这种高硬度水质中的缓蚀性能并不理想。20世纪90年代，国外学者成功研制出一种性能优异的水溶性高分子材料-聚天冬氨酸，它具有良好的生物降解性能，因而被认为是较好的绿色水处理药剂和水处理剂的更新换代产品。但聚天冬氨酸在海水中单独使用时，其缓蚀效果并不好。因此，寻找一种兼具缓蚀效果、成本低廉、对环境友好的海水缓蚀剂具有重要现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于海水循环冷却水处理的高效环境友好型海水缓蚀剂。
本发明采取的技术方案如下：
已知聚天冬氨酸为绿色环保型水处理药剂，在淡水作为循环冷却水时使用聚天冬氨酸其阻垢缓蚀性能较好，但是当用于海水中时，其缓蚀效果并不理想，加药量为40mg/L时，其缓蚀率为25.37％，加药量为80mg/L时，其缓蚀率为31.81％；为了提高其缓蚀效果，可加入硫酸锌，由于硫酸锌不易生物降解，因此其用量越少越好，加药量为40mg/L，其缓蚀率为31.45％，加药量为50mg/L时，其缓蚀率为41.65％；十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵为杀菌灭藻剂，该杀菌剂具有良好的生物降解性，并且与常用水处理缓蚀剂复配后有良好的缓蚀协同作用，并且杀菌效果好，有利于缓蚀性能的提高，因此本发明的海水缓蚀剂加入了十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵。如果没有好的阻垢性能，缓蚀性能也将受到很大影响，因此在本发明中加入了2-羟基膦酰基乙酸，以提高复配物的阻垢缓蚀性能。经多次实验确定了本发明的海水缓蚀剂的组成：由聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸四种物质混合而成，且四种物质的质量比按(4～8)∶(0.6～1)∶(3～5)∶(0.25～0.5)混合。本发明是一种环境友好型海水缓蚀剂。
本发明的海水缓蚀剂的配制：按所述质量比取聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸，经混合搅拌而成。
本发明的海水缓蚀剂的使用方法如下：根据海水介质的重量、要求的缓蚀剂浓度以及缓蚀剂组分配比计算出各组分的用量，然后分别依次投加到海水介质中即可。
经实验确定，本发明的海水缓蚀剂用于海水循环冷却水系统中的药剂用量为78.5mg/L～145mg/L(海水缓蚀剂/海水)。
本发明取得以下有益效果：
1、本发明是一种高效、环保型的复合缓蚀剂，在海水等高硬度、高氯离子浓度、强腐蚀性水质中具有优异的缓蚀能力；
2、由于组分中的十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵具有良好的杀菌性能，它与聚天冬氨酸、硫酸锌、2-羟基膦酰基乙酸协同增效作用保证了药剂的优良缓蚀性能；
3、经摇床实验法测试，7天后的生物降解率为56.10％，28天后的生物降解率可达80％以上，属于易生物降解产品；
4、在使用时不需另外预膜，使用方便且成本低廉。
本申请人将不同组成的海水缓蚀剂进行了海水缓蚀实验，并比较了二元组分、三元组分和四元组分组成的海水缓蚀剂以及聚天冬氨酸不同用量对海水的缓蚀效果。实验用水采用黄骅地区海水，水质条件如表1。
表1 实验用水水质分析结果
Figure BSA00000717706300031
缓蚀性能测试均参照GB/T18175-2000《水处理剂缓蚀性能的测定-旋转挂片法》，采用ZJ浸渍腐蚀试验仪进行缓蚀性能实验，温度40℃，转速75r/min，不预膜挂片，时间72h，A3碳钢试片，表面积28cm2。
生物降解性能试验均参照《工业水处理》第21卷第一期熊蓉春等《绿色生物高分子聚天冬氨酸的合成及阻垢性能研究》一文中可生物降解性的测定，采用THZ-82气浴恒温振荡器进行摇床实验法测定。
对比例1：硫酸锌、2-羟基膦酰基乙酸按质量比3∶0.5复配后，药剂量35mg/L，对碳钢的腐蚀率0.3941mm/a，空白腐蚀率为0.7465mm/a，缓蚀率为47.2％。
对比例2：十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌、2-羟基膦酰基乙酸按质量比1∶3∶0.5复配后，药剂量65mg/L，对碳钢的腐蚀率0.3272mm/a，缓蚀率为56.17％。
对比例3：聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌、2-羟基膦酰基乙酸按质量比8∶1∶3∶0.5复配后，用量为65mg/L，在海水中对碳钢腐蚀率为0.0586mm/a，缓蚀率为92.15％。可见，加入聚天冬氨酸后，缓蚀率有明显增大。
对比例4：聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸四元复配缓蚀剂中，十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸按质量比1∶5∶0.5复配后，用量为65mg/L时，在海水中对A3碳钢腐蚀率随着聚天冬氨酸用量变化的改变情况如表2。
表2 聚天冬氨酸用量对碳钢腐蚀率的影响
Figure BSA00000717706300041
由表中数据可见，聚天冬氨酸用量低于40mg/L时，海水中碳钢的腐蚀率较大，腐蚀率随着聚天冬氨酸用量的增大而减小，当用量高于80mg/L时，随着用量的增大，腐蚀率减小不明显。在复配物中，聚天冬氨酸用量为80mg/L，对碳钢的腐蚀率为0.0215mm/a，缓蚀率97.12％。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1
按照质量比8∶1∶5∶0.5取聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸复配制成环保型海水缓蚀剂，药剂用量为145mg/L。试验结果表明，在海水中对A3碳钢的腐蚀率为0.0215mm/a，空白腐蚀率为0.7465mm/a，缓蚀率为97.12％，28天后的生物降解率为81.36％。
实施例2
按照质量比6∶1∶5∶0.5取聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸复配制成环保型海水缓蚀剂，药剂用量为125mg/L。试验结果表明，在海水中对A3碳钢的腐蚀率为0.0522mm/a，缓蚀率为93.01％，28天后的生物降解率为83.43％。
实施例3
按照质量比8∶1∶5∶0.25取聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸复配制成环保型海水缓蚀剂，药剂用量为142.5mg/L。试验结果表明，在海水中对A3碳钢的腐蚀率为0.0351mm/a，缓蚀率为95.3％，28天后的生物降解率为84.5％。
实施例4
按照质量比4∶0.6∶5∶0.5取聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸复配制成环保型海水缓蚀剂，药剂用量为101mg/L。试验结果表明，在海水中对A3碳钢的腐蚀率为0.0410mm/a，缓蚀率为94.51％，28天后的生物降解率为80.1％。
实施例5
按照质量比6∶0.6∶3∶0.5取聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸复配制成环保型海水缓蚀剂，药剂用量为101mg/L。试验结果表明，在海水中对A3碳钢的腐蚀率为0.0587mm/a，缓蚀率为92.14％，28天后的生物降解率为84.02％。
实施例6
按照质量比4∶0.6∶3∶0.25取聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸复配制成环保型海水缓蚀剂，药剂用量为78.5mg/L。试验结果表明，在海水中对A3碳钢的腐蚀率为0.0743mm/a，缓蚀率为90.05％，28天后的生物降解率为89.11％。

Claims (2)

1.一种海水缓蚀剂，其特征在于，由聚天冬氨酸、十六烷基二甲基(2-亚硫酸)乙基铵、硫酸锌和2-羟基膦酰基乙酸混合而成，四种物质的质量比为(4～8)∶(0.6～1)∶(3～5)∶(0.25～0.5)。
2.根据权利要求1所述的海水缓蚀剂，其特征在于用于海水循环冷却水系统中的药剂用量为78.5mg/L～145mg/L。
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