CN107012469B - 一种用于控制循环水系统碳钢腐蚀的水溶性凝胶 - Google Patents

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    • C23F11/18—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using inorganic inhibitors
    • C23F11/187—Mixtures of inorganic inhibitors

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种控制碳钢在循环水系统腐蚀的无机水溶性凝胶缓蚀剂。所述缓蚀剂由五硼酸钠、五水合四硼酸钠、硼酸、钼酸盐和锌盐组成。按照质量比，五硼酸钠20％–43％、五水合四硼酸钠6–18％、硼酸8–22％、钼酸盐1％–10％、锌盐0.3％–1％，余量为去离子水。本发明将不同配比的硼酸盐、钼酸盐、锌盐和去离子水混合、制备得到水溶性凝胶态复配物，利用各原料之间的高效协同作用，对碳钢缓蚀率达到95％以上。本发明避免使用铬酸盐、磷酸盐和亚硝酸盐，且该药剂在循环水系统中便于输送。

Description

一种用于控制循环水系统碳钢腐蚀的水溶性凝胶
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种控制碳钢在循环水系统腐蚀的缓蚀剂，更具体地涉及一种无机水溶性凝胶缓蚀剂。
背景技术
碳钢材料在循环水系统中应用广泛，其腐蚀问题引起广泛关注。循环水经过热交换器、设备和管道后，会发生升温、蒸发浓缩和富氧化等一系列变化，加剧Cl-和SO4 2-等腐蚀离子对碳钢的腐蚀，导致管道和设备使用寿命减少并造成巨大经济损失。添加缓蚀剂是循环水系统中控制碳钢腐蚀应用最广泛的方法之一。目前，尽管国内循环水系统碳钢缓蚀药剂配方种类多，但缓蚀效果参差不齐，常用的缓蚀剂有铬酸盐、磷酸盐、胺盐、唑类和有机磷等，主要通过在碳钢表面形成保护层，与腐蚀环境隔离，从而减缓腐蚀速率。但由于铬酸盐和亚硝酸盐毒性较强，磷酸盐易造成受纳水体富营养化，导致二次环境污染，其应用受到严格限制；有机缓蚀剂如胺类、唑类缓蚀剂存在制备成本偏高和高毒性等缺陷，不利于环境保护和经济可持续发展。因此，开发高效和环境友好的碳钢缓蚀剂对于提高水处理技术水平，减少经济损失，推进缓蚀剂发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制循环水系统中碳钢腐蚀的水溶性凝胶缓蚀剂。
为实现上述目的，本发明提供的水溶性凝胶缓蚀剂，以五硼酸钠、五水合四硼酸钠、硼酸、钼酸盐和锌盐为原料，各组分的质量百分比为：五硼酸钠20％–43％、五水合四硼酸钠6–18％、硼酸8–22％、钼酸盐1％–10％、锌盐0.3％–1％，余量为去离子水。
硼酸盐是主要的缓蚀成分，同时也是形成凝胶交联结构的助剂。钼酸盐、锌盐与硼酸盐同时存在时，可发挥高效协同缓蚀的作用，并在碳钢表面形成致密的钝化膜，抑制腐蚀发生。
一种可溶性凝胶缓蚀剂，本发明的具体技术方案如下：
(1)定量量取65mL去离子水加热至60–90℃；
(2)按比例称取一定量的五硼酸钠、五水合四硼酸钠和硼酸，加入到去离子水中，温水浴充分搅拌混合至溶液为过饱和悬浮状态(避免结块或过早溶解)；
(3)向溶液中依次加入钼酸盐和锌盐，搅拌混合2min；
(4)用高剪切混合器以4000r/min充分高速剪切混合10–15min，后以300r/min低速混合3-5min，过程中溶液由饱和悬浮态、乳化态向乳脂态转变，至凝胶态形成；
(5)冷却至室温，即可得到均匀的可溶性凝胶缓蚀剂，产品呈白色凝胶态。
本发明所述的水溶性凝胶缓蚀剂主要应用于循环水系统中。本发明的优点在于：
(1)缓蚀剂的原料易得，制备工艺简单，反应条件温和，便于储存、运输；适用介质浓度范围宽，对碳钢缓蚀效果优良；
(2)缓蚀剂为凝胶态，在循环水系统中有一定缓释效果，可泵送。
(3)避免使用亚硝酸盐、铬酸盐和磷酸盐，避免造成二次环境污染。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的适宜性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。在附图中：
图1为实施例1不同药剂投加量时碳钢表面形貌(空白：未添加缓蚀剂；a、b、c和d：分别投加1g、2g、3g和4g缓蚀剂)；
图2为实施例1实验前后碳钢表面扫描电镜照片(a：实验前表面照片；b：未添加缓蚀剂实验组实验后表面照片；c：添加缓蚀剂实验组实验后表面照片；)。
具体实施方式
下面的缓蚀剂配方实施例将有助于说明本发明，但不局限其范围。实验用水为配制模拟循环水，水质见表1。
表1：模拟循环水水质：
下述实施例所得的缓蚀性能评价方法如下：
本实验采用RCIII型旋转挂片仪进行实验。实验前，碳钢挂片均使用200、600、800、1200、1500和2000目硅相砂纸逐级打磨，使用乙醇和去离子水对挂片表面进行清洗后，烘干备用。
参照《GBT 18175-2014水处理剂缓蚀性能的测定》进行测定，实验温度控制在30℃，转速90r/min，实验时间为72h。记录实验前后试片重量，计算碳钢腐蚀速度和药剂缓蚀速率。
下面以具体实施例说明可溶性凝胶缓蚀剂的缓蚀性能。
实施例1
在加热至60℃的65mL去离子水中，依次加入五硼酸钠34g，五水合四硼酸钠30g，硼酸36g，温水浴搅拌至充分混合，溶液处于过饱和悬浮态(不完全溶解)，再加入3g钼酸钠和0.65g硫酸锌，充分混合。用高剪切混合器以4000r/min充分高速剪切混合15min，后以300r/min中速混合3min，过程中溶液由饱和悬浮态、乳化态向乳脂态转变，至凝胶态形成。冷却至室温，得到可溶性凝胶态缓蚀剂。
将本实施例所得缓蚀剂，有效成分(以1g计)：硼酸盐(以B浓度计)97.8mg，钼酸钠17.78mg，硫酸锌(以Zn2+计)0.87mg。投加量依次为为1g、2g、3g和4g，进行旋转挂片实验，模拟配水为1L。控制水浴温度30℃，转速90r/min，试验周期72h。实验结果如表1所示：
表1:
由实验结果可知，随缓蚀剂投加量增加，缓蚀效果明显趋好，投加量在2g以上时，缓蚀协同作用较优，整体对碳钢表现出明显的缓蚀优势。且该缓蚀剂水溶性好，在水环境中易释放，迅速发挥缓蚀作用。
实施例2
在加热至60℃的65mL去离子水中，依次加入五硼酸钠50g，五水合四硼酸钠22g，硼酸28g，温水浴搅拌至充分混合，溶液处于过饱和悬浮态(不完全溶解)，再加入5.5g钼酸钠，0.65g硫酸锌，充分混合。用高剪切混合器以4000r/min充分高速剪切混合10min，后以300r/min低速混合5min，过程中溶液由饱和悬浮态、乳化态向乳脂态转变，至凝胶态形成。冷却至室温，得到可溶性凝胶态缓蚀剂。
将本实施例所得缓蚀剂进行旋转挂片实验。，有效成分(以1g计)：硼酸盐(以B计)96mg，钼酸钠32mg，硫酸锌(以Zn2+计)0.86mg。投加量为4g，模拟配水为1L。控制水浴温度30℃，转速90r/min，试验周期72h。
实施例3
在加热至50℃的65mL去离子水中，依次加入五硼酸钠34g，五水合四硼酸钠30g，硼酸36g，温水浴搅拌至充分混合，溶液处于过饱和悬浮态(不完全溶解)，再加入5.5g钼酸钠，0.65g硫酸锌，充分混合。用高剪切混合器以4000r/min充分高速剪切混合15min，后以300r/min低速混合3min，过程中溶液由饱和悬浮态、乳化态向乳脂态转变，至凝胶态形成。冷却至室温，得到可溶性凝胶态缓蚀剂。
将本实施例所得缓蚀剂进行旋转挂片实验。有效成分(以1g计)：硼酸盐(以B计)96mg，钼酸钠32mg，硫酸锌(以Zn2+计)0.86mg。投加量为4g，模拟配水为1L。控制水浴温度30℃，转速90r/min，试验周期72h。
实施例4
在加热至90℃的65mL去离子水中，加入五硼酸钠75g，五水合四硼酸钠11g，硼酸14g，温水浴搅拌至充分混合，溶液处于过饱和悬浮态(不完全溶解)，再加入9g钼酸钠，1g硫酸锌，充分混合。用高剪切混合器以3000r/min充分高速剪切混合10min，后以900r/min中速混合5min，过程中溶液由饱和悬浮态、乳化态向乳脂态转变，至凝胶态形成。冷却至室温，得到可溶性凝胶态缓蚀剂。
将本实施例所得缓蚀剂进行旋转挂片实验，有效成分(以1g计)：硼酸盐(以B计)94mg，钼酸钠51mg，硫酸锌(以Zn2+计)1.29mg。投加量为4g，模拟配水为1L。控制水浴温度30℃，转速90r/min，试验周期72h。
实施例5
在加热至60℃的65mL去离子水中，依次加入五硼酸钠50g，五水合四硼酸钠22g，硼酸28g，温水浴搅拌至充分混合，溶液处于过饱和悬浮态(不完全溶解)，再加入16.5g钼酸钠，0.65g硫酸锌，充分混合。用高剪切混合器以4000r/min充分高速剪切混合12min，后以900r/min中速混合5min，过程中溶液由饱和悬浮态、乳化态向乳脂态转变，至凝胶态形成。冷却至室温，得到可溶性凝胶态缓蚀剂。
将本实施例所得缓蚀剂进行旋转挂片实验，有效成分(以1g计)：硼酸盐(以B计)90.5mg，钼酸钠90.5mg，硫酸锌(以Zn2+计)0.8mg。投加量为4g，模拟配水为1L。控制水浴温度30℃，转速90r/min，试验周期72h。
实施例6
在加热至60℃的65mL去离子水中，依次加入五硼酸钠50g，五水合四硼酸钠22g，硼酸28g，温水浴搅拌至充分混合，溶液处于过饱和悬浮态(不完全溶解)，再加入9g钼酸铵，1.5g硫酸锌，充分混合。用高剪切混合器以4000r/min充分高速剪切混合15min，后以300r/min低速混合5min，过程中溶液由饱和悬浮态、乳化态向乳脂态转变，至凝胶态形成。冷却至室温，得到可溶性凝胶态缓蚀剂。
将本实施例所得缓蚀剂进行旋转挂片实验，有效成分(以1g计)：硼酸盐(以B计)94mg，钼酸铵51.2mg，硫酸锌(以Zn2+计)1.93mg。投加量为4g，模拟配水为1L。控制水浴温度30℃，转速90r/min，试验周期72h。
以上实施例旋转挂片法所得实验结果如表2所示：
表2：
由表2，制备不同对比实施例进行旋转挂片实验，实验结果表明含有不同质量百分比的组合物均有较好的缓蚀效果，其中随钼酸盐和锌盐百分比的增加，药剂缓蚀效果趋好，表现出钼酸盐和锌盐对硼酸盐良好的协同缓蚀作用。从经济性角度考虑，各组分质量比：五硼酸钠20％–43％、五水合四硼酸钠6–18％、硼酸8–22％、钼酸盐1％–3％、锌盐0.3％–0.5％为较优配比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水溶性凝胶用作碳钢缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂包括以下质量百分比的物质：五硼酸钠20％–43％、五水合四硼酸钠6–18％、硼酸8–22％、钼酸盐1％–10％、锌盐0.3％–1％、余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂为乳白色凝胶态。
3.根据权利要求1所述的缓蚀剂，其特征在于，所述钼酸盐选自钼酸钠和/或钼酸铵。
4.根据权利要求1所述的缓蚀剂，其特征在于，所述锌盐选自硫酸锌和/或氯化锌。
5.根据权利要求1–4任一项所述的缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂包含以下质量比的物质：五硼酸钠29.6％、五水合四硼酸钠13％、硼酸16.6％、钼酸钠1.7％、硫酸锌0.38％，余量为去离子水。
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