CN113046753A - 一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC及含其的除盐水 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合缓蚀剂I M‑SN‑NaS i C，化学成分按重量百分比为：咪唑啉衍生物45％～50％、磺胺衍生物35％～40％、硅酸钠5％～10％、碳酸氢钠5％～10％。一种除盐水，包括所述复合缓蚀剂I M‑SN‑NaS i C。本发明的有益效果为：将其加入至除盐水中后对碳钢的腐蚀有很好的抑制作用，且协同缓蚀性能良好，当浓度达到160mgL时，其缓蚀效率达到97.14％。

Description

一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC及含其的除盐水

技术领域

本发明涉及缓蚀技术领域，具体涉及一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC及含其的除盐水。

背景技术

在介质中添加缓蚀剂抑制金属腐蚀的方法始于19世纪，世界上第一个缓蚀剂专利于1860年出现在英国。20世纪50年代到60年代无机缓蚀剂得到广泛应用，同时也是有机缓蚀剂发展的鼎盛时期，此后虽然缓蚀剂品种仍在增加，但大量工作转向理论和评测研究方面。

无机缓蚀剂主要有铬酸盐、钼酸盐、硅酸盐、聚磷酸盐等，其中钼酸盐由于毒性低、热稳定性高、适用pH范围广等特点，越来越受关注。早在1951年Robertson就研究了钼酸盐在中性溶液中对碳钢的缓蚀机理，1953年Pryor等进一步研究了钼酸盐的缓蚀机理。T.R.Weber等定量研究了水中溶解氧对钼酸盐缓蚀性能的影响，发现加有钼酸盐后氧含量高时腐蚀速率最低、缓蚀性能最好。Davis J.R.等研究认为，钼酸根离子可与某些离子反应，在碳钢基体上形成难溶物，比单独的钼酸根离子更容易使碳钢表面钝化而有效抑制碳钢腐蚀。陈旭俊等通过微电区扫描、电子探针与SEM技术研究了钼酸盐对不锈钢孔蚀的抑制机理，发现钼酸钠可以提高不稳定微蚀孔引发电位，并加大孔蚀电位与其差值，减小稳定孔蚀的电位值，从而对孔蚀的引发和发展两个阶段都有很好的抑制作用。陈怀超等通过电化学法研究了钼系缓蚀剂在除盐水和含氯除盐水中对低碳钢的缓蚀性能，通过动电位扫描比较了各缓蚀剂阳极钝化区宽度和钝化区电流，并讨论了作用机理，发现常温下低浓度的钼酸根不足以在金属表面形成防护膜，只有浓度足够高时才可以形成致密的防护膜，通常浓度要达到几百至上千mg/L时才有效果。李玉明等在研究钼酸盐的影响因素时发现，在中性和碱性环境下其缓蚀性能优越，在酸性环境下其缓蚀性能很差，而升高温度则加快腐蚀。因此在使用时需要选择其他物质与钼酸盐复配并适当调整体系酸度和温度，使其发挥更好性能。叶德霖等研究发现，钼酸盐在酸性环境中会转化为多钼酸根，在碳钢表面形成MoO₂膜，没有缓蚀性，而在非酸性溶液中形成具有保护作用的Fe₂O₃·MoO₃膜。

由于钼酸盐价格高、起效浓度高等问题，国内外研究者们不得不寻找钼酸盐的替代品，或寻找与钼酸盐相配合的缓蚀剂，通过复合缓蚀剂的协同效应降低钼酸盐的使用量，以扩大钼酸盐的应用范围。

在已发表的论文中，可与钼酸盐复配的无机缓蚀剂有亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钨酸盐和锌盐等；有机缓蚀剂有有机膦酸(HEDP)、有机胺(如三乙醇胺、二乙烯三胺、乌洛托品)、有机酸盐(如柠檬酸盐、葡萄糖酸盐)、唑类(如苯并三氮唑BTA、二巯基苯并噻唑MBT)、带特定基团的共聚物(如丙烯酸-丙烯酸羟丙酯-乙烯基磺酸钠)等。钼酸盐与多种缓蚀剂的复配可以有效抑制碳钢等金属的全面腐蚀、孔蚀等腐蚀行为，在循环冷却水系统中已得到广泛应用。

硅酸钠属于沉淀型缓蚀剂，在金属表面形成沉淀膜，将金属和腐蚀介质隔开，从而抑制腐蚀；绿色无毒，没有排污问题，价格便宜，来源广。林玉珍等研制的Al-Si联合缓蚀剂，适用于海水体系的碳钢防护，具有很好的缓蚀效果。M.Salasi等采用电化学阻抗和极化曲线法研究了硅酸盐和膦酸酯对中性水中碳钢的作用，发现其复配好对碳钢的腐蚀有很好的抑制作用，且协同缓蚀性能良好。

有机物缓蚀剂的研究一开始集中在天然植物类，二十世纪转向矿物原料产品，缓蚀剂的品种和性能大大提升，随后的40年间，又开发出甲醛、蒽、喹啉、吡啶等含氮的脂肪胺、芳香胺和杂环化合物。近年来，由于全球环境问题以及人们环保意识的增强，新型的、环境友好型缓蚀剂的开发受到人们重视。

用于冷却水中的有机缓蚀剂可分为磷系与非磷系两大类，前者如羟基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)等，由于磷会引起水体富营养化等问题，该类缓蚀剂逐渐向低磷含量方向发展；后者主要包括有机羧酸及其酯类、有机胺类等，考虑到成本及用量等因素，用于冷却水系统的相对较少。

咪唑啉，又称间二氮杂环戊烯，可通过酰胺-脱水和环化进一步脱水制得，在咪唑啉环上引入烷基或烷基芳烃后可制得不同的衍生物。由于咪唑啉系缓蚀剂无毒、高生物降解、对皮肤和眼睛无刺激性、在酸性和碱性介质中均保持稳定等特点，受到国内外研究者越来越多的关注。但咪唑啉及其衍生物主要用于石油、天然气的开采和再加工等领域的腐蚀防护，在其他水环境中的应用相对较少。吴刚等通过静态失重法和电化学极化曲线法对两种咪唑啉进行了研究，结果表明，两种缓蚀剂均具有很好的抗盐酸腐蚀性能，同时抑制Q235钢的阴、阳极反应过程。当水中溶有CO₂时，CO₂与铁反应产物主要为FeCO₃，Zhao Jingmao等研究了温度、pH等因素对P110钢材腐蚀的影响，发现温度升高时腐蚀产物FeCO₃的晶粒尺寸趋于变小和致密，pH值升高腐蚀速度减小，在加入咪唑啉后，缓蚀率可达到90％。氯离子的存在会加速碳钢点蚀的形成和发展，对于经过氯化苄或氯乙酸钠改性得到的咪唑啉季铵盐，其咪唑啉分子中含有的氯离子会引起碳钢的点蚀，因此需要开发无氯咪唑啉缓蚀剂。Heydari、Okafor等研究了氨基咪唑啉和月桂酸咪唑啉在含有3％氯化钠的饱和CO₂溶液中对碳钢有很好的缓蚀性能。张军等通过分子动力学模拟方法研究了几种咪唑啉缓蚀剂在铁表面的吸附行为和成膜机制，发现咪唑啉分子的极性头基会吸附在金属表面上，而烷基碳链则背离金属表面，并通过自身的扭转形变实现稳定吸附；烷基链越长，缓蚀剂与金属基体的结合强度越大，形成的缓蚀剂膜的致密性也越好，从而有效抑制腐蚀介质向金属表面扩散，达到缓蚀目的。

目前，火力发电机组热力设备的高温成膜停、备用保护有用某种咪唑啉的。武汉大学谢学军教授通过对某种咪唑啉成膜条件和机理的研究，认为某种咪唑啉在高温成膜方面具有较强的优越性，且在气相和液相中都可以均匀成膜。其作用原理主要是在金属表面形成一层憎水膜，隔绝金属与空气，防止O₂和CO₂对金属的腐蚀，以抑制金属腐蚀。但目前针对某种咪唑啉用于除盐水体系的研究，一般集中在高温高压条件下的应用。

磺胺是以对位氨基苯磺酰胺为基本结构的衍生物的简称，是临床常用药物。磺酰胺基上的氢，可被不同杂环取代，形成不同种类的磺胺药。它们与母体磺胺相比，具有效价高、毒性小、抗菌谱广、口服易吸收等优点。对位上的游离氨基是抗菌活性部分，若被取代，则失去抗菌作用。必须在体内分解后重新释出氨基，才能恢复活性。近年来也有磺胺作为缓蚀剂的研究，如Murulana、Kabanda和Ebenso同时用动电位扫描极化曲线测试、电化学阻抗谱测试、扫描电镜(SEM)+能谱分析(EDS)、傅式变换红外光谱分析(FTIR)等试验方法和量子化学计算法研究了五种磺胺衍生物(对氨基苯胺SNA(sulphanilamide)、磺胺甲基异恶唑SMX(sulphamethoxazole)、磺胺二甲氧嘧啶SDM(sulphadimethoxine)、磺胺二甲基异恶唑SSZ(sulphisoxazole)、磺胺甲基噻唑SMZ(suphamethizole))的缓蚀作用，发现这些化合物都是通过自发的吸附在软钢表面形成一层保护膜发挥缓蚀作用的。

目前，除盐水广泛用于火力发电和核能发电，碳钢是用于制造发电设备的主要材料，因此碳钢制设备避免不了要与除盐水直接接触，如果不采取合适的防腐蚀措施，碳钢制设备将发生腐蚀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC及含其的除盐水，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC，化学成分按重量百分比为：

咪唑啉衍生物45％～50％、磺胺衍生物35％～40％、硅酸钠5％～10％、碳酸氢钠5％～10％。

更进一步的，化学成分按重量百分比为：

咪唑啉衍生物50％、磺胺衍生物40％、硅酸钠5％、碳酸氢钠5％。

本发明的有益效果是：将其加入至除盐水中后对碳钢的腐蚀有很好的抑制作用，且协同缓蚀性能良好，当浓度达到160mgL时，其缓蚀效率达到97.14％,低剂量、对环境友好、经济。

一种除盐水，包括所述复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC。

采用上述进一步的有益效果为：有效抑制碳钢在除盐水中发生腐蚀。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC，化学成分按重量百分比为：

咪唑啉衍生物45％～50％、磺胺衍生物35％～40％、硅酸钠5％～10％、碳酸氢钠5％～10％。

一种除盐水，包括上述复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC；碳钢。

实施例

一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC，化学成分按重量百分比为：

咪唑啉衍生物50％、磺胺衍生物40％、硅酸钠5％、碳酸氢钠5％。

表1是在除盐水中加入复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC后，20号碳钢试片的挂片试验数据，试验时间为24h，试验温度为50℃。

表1不同浓度复合缓蚀剂对除盐水中20号碳钢试片的缓蚀数据(50℃、24h)

由表1可知，在除盐水中加入缓蚀剂后，20号碳钢腐蚀速率大大减小；缓蚀剂浓度为10mg/L时缓蚀效率就达到95％以上，缓蚀剂浓度继续增大，缓蚀效率始终保持在95％以上，最高可达到97％；从表面现象来看，随着缓蚀剂浓度增加，试片表面发生腐蚀的可能性越来越小，表明缓蚀剂对除盐水中碳钢试片的缓蚀作用较强。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC，其特征在于，化学成分按重量百分比为：

咪唑啉衍生物45％～50％、磺胺衍生物35％～40％、硅酸钠5％～10％、碳酸氢钠5％～10％。

2.根据权利要求1所述的复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC，其特征在于，化学成分按重量百分比为：

咪唑啉衍生物50％、磺胺衍生物40％、硅酸钠5％、碳酸氢钠5％。

3.一种除盐水，其特征在于，包括如权利要求1或2所述复合缓蚀剂IM-SN-NaSiC。