CN113416553A - 一种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂及其制备方法，按照质量百分比，由以下原料组成：石墨5.0‑17.0％、聚丙烯酰胺0.50‑3.0％、烧碱0.2‑3.0％、硼酸钠0.7‑2.5％、钼酸钠0.5‑2.5％，余量为改性膨润土；其中：改性膨润土为丙烯酰胺和细小石墨共同改性的改性膨润土。本发明中采用丙烯酰胺改性膨润土，可以有效提高膨润土吸水倍率，改善其吸水膨胀性能，降低其电阻率，从而提高降阻效果。另外本发明中还添加了聚丙烯酰胺还能进一步提高所述降阻剂的吸水和保水性能，提高其电导率。本发明中的膨润土具有微碱性，而烧碱可以进一步增强其碱性，所述降阻剂在服役过程中能向环境中缓慢释放OH‑，中和接地网周围的酸性环境，特别适合于酸性土壤中接地网的防腐和降阻。
Description
技术领域
本发明属于接地网缓蚀和降阻剂技术领域，具体涉及一种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂及其制备方法。
背景技术
电网接地装置长期运行在地下，土壤环境中腐蚀因素作用下极容易发生腐蚀，在运行一定年限后接地网都会发生不同程度的腐蚀，严重时甚至断裂，导致电气连接性能遭到破坏，引起一次、二次设备事故，导致经济损失，威胁人身安全。我国西南部土壤以红壤和黄壤为主，富含铁和铝的氧化物，Cl-、SO4 2-含量较高，pH值为5左右，呈酸性。埋设于红壤和黄壤中的接地网射线承受着严重的酸腐蚀和土壤干湿交替带来的附加腐蚀，腐蚀类型以均匀腐蚀和局部腐蚀为主，腐蚀产物主要为Fe2O3、Fe3O4、FeOOH及其水合物，接地水平地网呈均匀减薄。
降阻剂是由多种成份组成的良好导电体，铺设于接地网和土壤之间，能够起到增大电流流通面、降低周围土壤电阻率的作用。常用于发电厂、变电站接地网、电力和通讯线路的杆塔接地，可以较好地改善接地装置的品质和延长其使用寿命。现有降阻剂在考虑降阻效果的同时，已经开始关注其防腐性能，向降阻剂中添加了微量的缓蚀剂。但是，现有降阻剂研发时都没有考虑到我国西南地区土壤的酸度，使得其防腐性能在酸性环境中难以发挥，继而影响其降阻效果。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，该降阻剂不仅电阻率低，还具有很好的降低酸性土壤中接地网腐蚀的功能。
本发明这种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，按照质量百分比，由以下原料组成：石墨5.0-17.0％、聚丙烯酰胺0.50-3.0％、烧碱0.2-3.0％、硼酸钠0.7-2.5％、钼酸钠0.5-2.5％，余量为改性膨润土；其中：改性膨润土为丙烯酰胺和细小石墨共同改性的改性膨润土。
优选地，所述高效降阻剂，按照质量百分比，由以下原料组成：改性膨润土87.0％、石墨10.0％、聚丙烯酰胺1.0％、烧碱0.5％、硼酸钠0.75％、钼酸钠0.75％。
所述改性膨润土制备方法，包括以下步骤：
1)丙烯酰胺改性：将丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸依次加入水中，在设定温度下进行搅拌，并在搅拌条件分批加入膨润土，搅拌改性完毕后，进行抽滤、烘干、研磨和过筛后，得到丙烯酰胺改性膨润土；
2)石墨改性：向步骤1)中的丙烯酰胺改性膨润土加入细小石墨，进行球磨搅拌改性，得到改性膨润土。
所述步骤1)中，丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸、水和膨润土的质量比为(18～25):(0.08～0.50):(0.30～1.20):(40～67):(15～46)；优选的，丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸、水和膨润土的质量比18:0.08:0.30:66.62:15；分批加入膨润土为2～4批等量加入膨润土；设定温度为28～32℃，搅拌时间为10～30min，搅拌转速为50～100r/min，干燥温度为55～65℃，过筛为过30～50目筛。
所述步骤2)中，细小石墨的粒度为900～1000目；丙烯酰胺改性膨润土与细小石墨的质量比为(85～96):(4～15)，优选的，丙烯酰胺改性膨润土与细小石墨的质量比为85:15；球磨搅拌时间为0.5～2h；改膨润土吸水倍率应不低于30g水/1g。
本发明这种减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求设定的比例，称量原料：石墨、聚丙烯酰胺、烧碱、硼酸钠、钼酸钠和改性膨润土，并将上述原料进行球磨混合，球磨完毕后，过筛，得到具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂。
步骤二，将步骤一制得的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂与蒸馏水按照设定的比例充分混合，制得具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的最佳含水率的高效降阻剂。
所述步骤一中，球磨混合时间0.5～2h，过筛为过30～50目的筛；步骤二中，具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂与蒸馏水设定的质量比为2:2.5～3.5。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)采用丙烯酰胺改性膨润土，可以有效提高膨润土吸水倍率，改善其吸水膨胀性能，降低其电阻率，从而提高降阻效果。另外添加了聚丙烯酰胺还能进一步提高所述降阻剂的吸水和保水性能，提高其电导率。从实施例1和对比例1、对比例4中，可以看出，丙烯酰胺改性和聚丙烯酰胺能较好地提高所述降阻剂的电导率。
(2)石墨具有导电性能优良、价格低廉的优点，在改性膨润土中添加合理比例的石墨粉末，可以进一步提高丙烯酰胺改性膨润土的导电性能。从实施例1和对比例2中，可以看出，添加石墨粉末能较好地提高所述降阻剂的电导率。
(3)石墨有良好的导电作用，添加硼酸钠和钼酸钠可促进金属表面钼酸盐转化膜的形成，起到保护膜作用，同时转化膜电阻率低，可以形成良好导体，起到降低电阻率的作用。从实施例1和对比例3中，可以看出，添加石墨粉末能较好地提高所述降阻剂的电导率。从实施例1、对比例5和对比例6中，可以看出，硼酸钠和钼酸钠对接地网起到较好的保护作用。
(4)膨润土具有微碱性，而烧碱可以进一步增强其碱性，所述降阻剂在服役过程中能向环境中缓慢释放OH-，中和接地网周围的酸性环境，特别适合于酸性土壤中接地网的防腐和降阻。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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
本实施例的一种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，包括以下原料(重量百分比)：改性膨润土87％、石墨10％、聚丙烯酰胺1.0％、烧碱0.5％、硼酸钠0.75％、钼酸钠0.75％。
本实施例的改性膨润土制备方法为将丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸依次加入水中，30℃下搅拌10min，搅拌转速为50r/min下，搅拌过程中分三次等量加入膨润土，随后进行抽滤，60℃下烘干、研磨，过30目筛，得到丙烯酸改性的膨润土，然后按照设定的比例向丙烯酸改性的膨润土添加1000目细小石墨，继续球磨搅拌0.5h，过50目筛，得到改性膨润土。
本实施例所述丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸、水和膨润土的质量比为18:0.08:0.30:66.62:15。
本实施例所述丙烯酰胺改性膨润土粉末和细小石墨的配比为85％和15％。
本实施例所述具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按配比称量原料：改性膨润土粉末、石墨、聚丙烯酰胺、烧碱、硼酸钠、钼酸钠，然后送入球磨机中球磨0.5h，过30目筛，制得具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂。
步骤二，将步骤一制得的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂与蒸馏水2:3的比例充分混合，制得具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的最佳含水率的高效降阻剂。
实施例2
本实施例的一种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，包括以下原料(重量百分比)：改性膨润土85.5％、石墨10％、聚丙烯酰胺1.0％、烧碱0.5％、硼酸钠1.50％、钼酸钠1.50％。
本实施例的改性膨润土制备方法为将丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸依次加入水中，30℃下搅拌30min，搅拌转速为100r/min下，搅拌过程中分三次等量加入膨润土，随后进行抽滤，60℃下烘干、研磨，过30目筛，得到丙烯酸改性的膨润土，然后按照设定的比例向丙烯酸改性的膨润土添加1000目细小石墨，继续球磨搅拌1h，过50目筛，得到改性膨润土。
本实施例所述丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸、水和膨润土的质量比为25:0.50:1.20:40:33.3。
本实施例所述丙烯酰胺改性膨润土粉末和细小石墨的配比为95％和5％。
本实施例所述具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按配比称量原料：改性膨润土粉末、石墨、聚丙烯酰胺、烧碱、硼酸钠、钼酸钠，然后送入球磨机中球磨2h，过30目筛，制得具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂。
步骤二，将步骤一制得的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂与蒸馏水2:3的比例充分混合，制得具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的最佳含水率的高效降阻剂。
对比例
对比例1，与实施例1的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是膨润土未进行丙烯酰胺改性。
对比例2，与实施例1的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是丙烯酰胺改性膨润土粉末添加细小石墨。
对比例3，与实施例1的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加石墨。
对比例4，与实施例1的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加聚丙烯酰胺。
对比例5，与实施例1的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加硼酸盐。
对比例6，与实施例1的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加钼酸钠。
通过电导率仪测试所述降阻剂电阻，通过低碳钢(Q235钢)失重法表征所述降阻剂的缓蚀性能，实施例1及对比例1-4性能测试结果如下：
| 电阻率(Ω.m) | 年平均腐蚀速率(mm·a<sup>-1</sup>) | |
| 实施例1 | 0.70 | 0.023 |
| 对比例1 | 1.23 | 0.032 |
| 对比例2 | 1.34 | 0.029 |
| 对比例3 | 2.36 | 0.028 |
| 对比例4 | 1.82 | 0.031 |
| 对比例5 | 0.89 | 0.087 |
| 对比例6 | 0.92 | 0.092 |
从实施例1及对比例1-6得出，对比例1、对比例2、对比例3和对比例4电阻率分别上升了76％、91％、237％和160％，对比例3和对比例4腐蚀速率分别上升了278％和300％，可见改性膨润土、石墨和聚丙烯酰胺联合作用可有效降低其电阻，添加硼酸钠和钼酸钠可有效降低接地网腐蚀速率。
Claims (9)
1.一种具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，其特征在于，按照质量百分比，由以下原料组成：石墨5.0-17.0％、聚丙烯酰胺0.50-3.0％、烧碱0.2-3.0％、硼酸钠0.7-2.5％、钼酸钠0.5-2.5％，余量为改性膨润土；其中：改性膨润土为丙烯酰胺和细小石墨共同改性的改性膨润土。
2.根据权利要求1所述的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，其特征在于，所述高效降阻剂，按照质量百分比，由以下原料组成：改性膨润土87.0％、石墨10.0％、聚丙烯酰胺1.0％、烧碱0.5％、硼酸钠0.75％、钼酸钠0.75％。
3.根据权利要求1所述的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，其特征在于，所述改性膨润土制备方法，包括以下步骤：
1)丙烯酰胺改性：将丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸依次加入水中，在设定温度下进行搅拌，并在搅拌条件分批加入膨润土，搅拌改性完毕后，进行抽滤、烘干、研磨和过筛后，得到丙烯酰胺改性膨润土；
2)石墨改性：向步骤1)中的丙烯酰胺改性膨润土加入细小石墨，进行球磨搅拌改性，得到改性膨润土。
4.根据权利要求3所述的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，其特征在于，所述步骤1)中，丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸、水和膨润土的质量比为(18～25):(0.08～0.50):(0.30～1.20):(40～67):(15～46)；分批加入膨润土为2～4批等量加入膨润土；设定温度为28～32℃，搅拌时间为10～30min，搅拌转速为50～100r/min，干燥温度为55～65℃，过筛为过30～50目筛。
5.根据权利要求4所述的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，其特征在于，丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酞胺、四甲基乙二酸、水和膨润土的质量比18:0.08:0.30:66.62:15。
6.根据权利要求3所述的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，其特征在于，所述步骤2)中，细小石墨的粒度为900～1000目；丙烯酰胺改性膨润土与细小石墨的质量比为(85～96):(4～15)，球磨搅拌时间为0.5～2h；改膨润土吸水倍率应不低于30g水/1g。
7.根据权利要求6所述的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂，其特征在于，丙烯酰胺改性膨润土与细小石墨的质量比为85:15。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求设定的比例，称量原料：石墨、聚丙烯酰胺、烧碱、硼酸钠、钼酸钠和改性膨润土，并将上述原料进行球磨混合，球磨完毕后，过筛，得到具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂；
步骤二，将步骤一制得的具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂与蒸馏水按照设定的比例充分混合，制得具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的最佳含水率的高效降阻剂。
9.根据权利要求8所述的减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，球磨混合时间0.5～2h，过筛为过30～50目的筛；步骤二中，具有减缓酸性土壤中接地网腐蚀作用的高效降阻剂与蒸馏水设定的质量比为2:2.5～3.5。
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