CN104562042A - 一种自来水介质中高效环保型钼系钢铁缓蚀剂 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自来水介质中高效环保型钼系钢铁缓蚀剂，是由钼酸钠、硅酸钠、硼酸钠复配组成，其组份按重量百分比为钼酸钠2％-4％、硅酸钠46％-50％、硼酸钠46％-50％。当使用浓度为460-480mg/L时，不仅能在钢铁表面形成多重保护膜，而且钼酸钠的使用浓度低至10-20mg/L，因此，在实现极佳缓蚀效果的同时，显著降低钼酸钠的用量。本发明的缓蚀剂在50℃自来水介质中对钢铁的缓蚀率高达90％以上，适用温度范围宽，并且绿色环保，不污染环境。

Description

一种自来水介质中高效环保型钼系钢铁缓蚀剂

技术领域

本发明涉及化学领域，尤其涉及一种自来水介质中高效环保型钼系钢铁缓蚀剂。

背景技术

化学缓蚀剂法抑制钢铁在自来水中的腐蚀不仅十分有效，而且较为简便。在水中有溶解氧的存在下，缓蚀剂能在金属表面形成具有保护作用的钝化膜，从而抑制金属的腐蚀，因此，利用缓蚀剂能大大抑制金属腐蚀速度。目前主要使用的缓蚀剂有钼系、磷系，硅系、有机物系等。其中，钼系缓蚀剂缓蚀性能好，低毒、无公害，不会引起微生物的繁殖，适用于高温、高pH值和高硬度水运行等特点。钼酸盐，特别是钼酸钠，是优异的有色金属、合金和钢铁的无毒缓蚀剂，应用十分广泛。钼酸钠生产工艺相对简单，我国钼资源丰富，且用钼酸铵、氨浸渣生产钼酸钠潜力极大，因此在我国开展应用钼酸钠缓蚀剂具有美好的前景。

钼酸钠缓蚀剂可应用于钢铁、锅炉、转化涂层、循环冷却水设备等方面。钼酸钠抑制局部腐蚀能力较强，抑制均匀腐蚀则需较高用量，当浓度较低时反而会造成局部腐蚀加剧，因此在单独使用时由于成本高、用量大而受到限制。目前，使用复合配方，借助分子间的协同缓蚀作用以提高钼酸钠缓蚀效率是最常用的方法。

发明内容

为了解决以上问题，本发明实施例中提供了一种自来水介质中高效环保型钼系钢铁缓蚀剂。通过钼酸钠与硼酸钠、硅酸钠复配，借助分子间的协同缓蚀作用可使其互补，消除其缺陷，显著降低钼酸钠的用量；同时，钼酸钠复配缓蚀剂可以在中性和碱性pH范围及多种水质条件下使用，一般无需调整pH。

为了实现上述目的本发明所采用的技术路线和原理如下：

钼酸钠(Na₂MoO₄)的缓蚀机理：钼酸钠作为阳极缓蚀剂，其缓蚀机理主要有沉积作用、吸附作用、膜离子的选择性和氧化作用等。通过钼酸钠的缓蚀机理展开应用。

钼酸钠与硼酸钠、硅酸钠的复配机理：[MoO₄]^2-是一种弱氧化剂，[MoO₄]^2-与基体金属发生下列反应：Fe²⁺+[MoO₄]^2-→[Fe²⁺…[MoO₄]^2-]→[Fe³⁺…[MoO₄]^2-]→[Fe-MoO₄-Fe₂O₃]，产物[Fe-MoO₄-Fe₂O₃]，即为钝化膜的主要成分。钼酸钠单独使用时，低浓度的[MoO₄]^2-不足以在基体上形成具有保护作用的膜层，只有当浓度提高到一定的量级，具有保护作用的钝化膜才能形成，而要建立完整有效的致密保护膜层，由于其氧化性弱，所以需要相当高的浓度。钼酸钠与硼酸钠复配，硼酸钠主要存在于保护膜的表面呈吸附状态，由此弥补了钼酸钠钝化膜的不完整性，提高了缓蚀效果。

硅酸钠(Na₂SiO₃)是一种完全无毒性沉淀型的缓蚀剂，与Na₂MoO₄复配后缓蚀剂毒性降低。其协同效应要比钼酸钠与磷酸盐的协同效应明显。综合考虑水处理药剂的环境效应，钼酸钠与硅酸钠的复配，具有真正意义上的“绿色”概念。Na₂SiO₃形成的沉淀膜，能弥补Na₂MoO₄形成的钝化膜的缺陷，从而在材料表面形成完整致密的保护膜层，阻止腐蚀的发生和进行。从双极性膜的观点来看，[MoO₄]^2--[SiO₃]^2-与基体形成的膜层，内层的阴离子选择性氧化铁膜阻止Fe²⁺、Fe³⁺通过膜层向溶液迁移，次外层由[MoO₄]^2-形成的阳离子选择性膜层和外层由[SiO₃]^2-形成的阳离子选择性膜层则都具有较强的阳离子选择性，在高Cl^-浓度环境中，仍能有效地阻止Cl^-通过膜层向金属表面的迁移，抑制金属腐蚀的进行。

本发明提供的一种自来水介质中高效环保型钼系钢铁缓蚀剂，由按以下重量百分比的组份组成：

钼酸钠    2％-4％

硅酸钠    46％-50％

硼酸钠    46％-50％。

上述的缓蚀剂中，钼酸钠的浓度为10-20mg/L

上述的缓蚀剂中，所述缓蚀剂的使用浓度为460-480mg/L。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、通过钼酸钠与硼酸钠、硅酸钠复配，借助分子间的协同缓蚀作用可使其互补，消除钼酸钠的缺陷，显著降低钼酸钠的用量。

2、钼酸钠与硅酸钠及硼酸钠三元复配时缓蚀效果显著，不仅能改善钼酸钠的缓蚀效果，而且具有绿色环保的特点。

3、本发明的钼酸钠与硅酸钠及硼酸钠三元复配缓蚀剂，钼酸钠使用浓度为10-20mg/L时，在50℃自来水介质中对钢铁的缓蚀率高达90％以上。

4、本发明的钼酸钠与硅酸钠及硼酸钠三元复配缓蚀剂使用温度范围宽，其使用温度为≦50℃。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

实验溶液为不加缓蚀剂的自来水和添加缓蚀剂的自来水，其中，所述缓蚀剂是由按重量百分比为4％钼酸钠、46％硅酸钠、50％硼酸钠复配组成，使用浓度为460mg/L。

所述缓蚀剂的组分钼酸钠的浓度为20mg/L。

实验材料为A20钢试片，试片初始规格为4.80cm×4.70cm×0.32cm，试片小孔直径为1.64cm，试片初始表面积为48.63cm²。用150#、240#、360#、600#的水磨砂纸依次打磨A20钢试片，直至试样光亮，无蚀坑。用无水乙醇擦净试片，吹干，分析天平称重，游标卡尺测量试片的长、宽、厚，置于干燥室中备用。

配制缓蚀剂：首先配制浓度为20mg/L的钼酸钠，然后按照各组分的重量百分比，配制成浓度为460mg/L的缓蚀剂。

采用动态失重法，将试片分别悬挂浸泡于不加缓蚀剂的自来水和添加缓蚀剂的自来水介质中，置于恒温摇床，50℃恒温，定速摇动24h，取出试片，观察记录试片表面和溶液的变化，处理干净试片，称重，并按照公式计算所用缓蚀剂的缓蚀率。

表面积S＝2(ab+bc+ac)-пd²/2+пdc

其中，a、b、c、d分别是A20钢试片的长、宽、厚和试片小孔直径；

腐蚀速度V_corr＝△m/(S·t)

其中，S、t分别为A20钢试片表面积、浸泡时间；

腐蚀率V_L＝(V_corr/ρ)×8.76；

其中，ρ为A20钢试片的密度；

缓蚀率η＝[(V₀-V_corr)/V₀]×100％

其中，V₀是未加缓蚀剂的腐蚀速度。

测试结果如下：

在50℃自来水介质中，不加缓蚀剂时试片表面严重腐蚀，有黄色锈斑，溶液有大量红锈沉积，缓蚀率为0％；添加上述组成和浓度的缓蚀剂后试片局部腐蚀，表面有一层隔膜，溶液澄清，有少许红锈，缓蚀率达到90.96％。

实施例2

实验方法和过程与实施例1相同，不同之处在于缓蚀剂是由按重量百分比为3％钼酸钠、48.5％硅酸钠、48.5％硼酸钠复配组成，使用浓度为475mg/L。

所述缓蚀剂的组分钼酸钠的浓度为15mg/L。

测试结果如下：

在50℃自来水介质中，添加上述组成和浓度的缓蚀剂后试片几乎不腐蚀，表面有一层隔膜，溶液澄清，缓蚀率达到95.11％。

实施例3

实验方法和过程与实施例1相同，不同之处在于缓蚀剂是由按重量百分比为2％钼酸钠、49％硅酸钠、49％硼酸钠复配组成，使用浓度为470mg/L。

所述缓蚀剂的组分钼酸钠的浓度为10mg/L。

测试结果如下：

在50℃自来水介质中，添加上述组成和浓度的缓蚀剂后试片局部腐蚀，表面有一层隔膜，溶液澄清，缓蚀率达到93.12％。

实施例4

实验方法和过程与实施例1相同，不同之处在于缓蚀剂是由按重量百分比为4％钼酸钠、50％硅酸钠、46％硼酸钠复配组成，使用浓度为480mg/L。

所述缓蚀剂的组分钼酸钠的浓度为20mg/L。

测试结果如下：

在50℃自来水介质中，添加上述组成和浓度的缓蚀剂后试片几乎不腐蚀，表面有一层隔膜，溶液澄清，缓蚀率达到98.73％。

Claims (3)

1.一种自来水介质中高效环保型钼系钢铁缓蚀剂，其特征在于，由按以下重量百分比的组份组成：

钼酸钠  2％-4％

硅酸钠  46％-50％

硼酸钠  46％-50％。

2.根据权利要求1所述的缓蚀剂，其特征在于，所述钼酸钠的浓度为10-20mg/L。

3.根据权利要求1或2所述的缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂的使用浓度为460-480mg/L。