两种阴离子表面活性剂对酸洗除锈抑雾效果的影响

徐平如 周明灿 武秀文

(1.东莞理工学院 化学与环境工程学院，广东东莞 532808;2.东莞市疾病预防控制中心，广东东莞 532000)

铁质材料及铁质工具设备都极易生锈，对其除锈是一个经常要做的工作。在电镀、冷轧等生产工艺中，除锈更是一道不可缺少的重要工序。目前，对钢铁材料的除锈多是采用化学酸洗除锈法，由于盐酸酸洗除锈具有酸洗容量大、速度快、不产生氢脆等优点，因此以盐酸酸洗除锈剂应用最广［1］。然而盐酸酸洗除锈时往往散发出大量的酸雾，这种酸雾不仅严重危害操作人员的健康，而且还会强烈腐蚀周围的金属设备及原材料，并造成环境严重污染。酸洗除锈产生的酸雾源自于两个方面:一是酸洗时盐酸与铁基体反应产生大量H2泡，H2泡逸出时携带出大量的HCl雾;二是盐酸的挥发性非常强。

通常，在钢铁除锈剂中须加入缓蚀剂［2］，以此在钢铁/溶液界面形成吸附膜，这种膜不影响快速除去铁锈，而能阻止铁基体与盐酸的反应，这不仅减少了盐酸对钢铁基体的腐蚀破坏，也同时减少了大量H2泡的伴生，从而减少了由于H2泡产生所携带逸出的HCl雾，这在一定程度上减少了酸雾的产生。但盐酸本身的挥发所产生的酸雾仍然非常严重。目前，国内有些采用干湿式填料净化塔吸收和高压静电除雾等等的方法来消除酸雾，有一定的除雾效果，但这些方法设备投资费用太大。也有些采用抽风设施排放酸雾，将生产场所的酸雾转移至大气中，这种方法更没有真正解决环境污染问题。实际上，在酸洗除锈剂中添加少量的抑雾剂，可有效抑制盐酸气体外逸，大大减少酸雾的形成［2］，达到很好的抑制酸雾效果。此法与以往治理方法相比，它不是末端治理吸收酸雾的方法，而是抑制酸雾外逸，从根本上切断污染源。

作者选择阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠 (LAS)和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠 (AES)作为抑雾剂，试验二者对盐酸酸洗除锈剂抑雾效果的单一影响及交互作用，以找到对盐酸酸洗除锈剂抑雾效果更好的方式。

1 实验部分

1.1 实验仪器和试剂

FA2004电子天平，HK-2A超级恒温水浴，十二烷基苯磺酸钠 (LAS)(工业级)，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠 (AES)(工业级)，盐酸 (AR)，氢氧化钠 (AR)，缓蚀剂HS-1(工业级)，45#钢片 (厚度1 mm)。

1.2 抑雾组分的确定

酸雾是酸洗过程中酸的挥发，以及铁基体与酸反应产生的氢气在上升过程中所携带而产生的大量气溶胶态强酸污染物所形成。由于阴离子表面活性剂分子结构中有亲水基团和憎水基团，憎水基有很强的疏水作用，使表面活性物质从其水溶液中逃离出来，富集于溶液界面，并在界面定向排列，使溶液表面被大量表面活性物质所覆盖，在气液界面形成亲水一疏水层相间的液膜结构，阻碍了HCl的逸出，从而起到抑雾作用。此外阴离子表面活性剂分子对缓蚀率轻微正影响，也对提高抑雾效果有利［3］。本文选择2种对气液表面张力影响相对较大的的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠 (LAS)和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠 (AES)作为酸雾抑制剂进行抑雾效果实验。

1.3 实验装置和实验方法

实验装置如图1所示。

图1 抑雾效果实验装置图

按配方:3 M盐酸，0.6%HS-1［1］配成酸洗基础液，实验中按实验安排加入适量LAS和AES，制成各实验样酸洗液。将45#钢片制成锈钢片，并裁剪成2 cm×3 cm大小;在实验装置酸洗部分的250 mL广口瓶中装入150 mL实验样酸洗液，取一小锈钢片悬挂于该酸洗液中恒温下浸泡1小时;在实验装置吸收酸雾部分的250 mL广口瓶中装有150 mL 10%NaOH溶液，以吸收酸洗中盐酸产生的酸雾。采用中和滴定法测定，用0.01 mol/L的标准盐酸溶液滴定酸洗后广口瓶中的10%NaOH溶液，记录消耗标准盐酸的体积，计算酸雾量及抑雾效率［4］，计算方法如下:

式中:Lo——滴定酸洗前吸收液所消耗盐酸的体积mL;

L——滴定酸洗后吸收液所消耗盐酸的体积mL;

c——滴定盐酸的浓度mol/L;

t——吸收酸雾时间 h。

式中:W0——未加缓蚀抑雾剂时酸洗碳钢后产生的酸雾量mg/h;

W——加缓蚀抑雾剂时酸洗碳钢后产生的酸雾量mg/h。

1.4 正交试验

本实验考查LAS和AES二个因子对抑雾效率的影响及交互作用，各因子取3水平进行正交实验，实验因子及水平安排见表1。

表1 正交实验因子水平表 %

根据表1，作者选择正交试验表L9(34)(见表2)进行试验，由于要考查交互作用，使得表中没有空出误差列，故本实验的每组实验做平行实验3次，以此得出误差值，实验结果如表2示。

表2 正交试验设计及结果

根据表2的实验结果进行方差分析［5］，分析结果如表3示。

表3 方差分析表

从方差分析表中可以看到，F0.01＞FA＞F0.1，说明因子A(LAS)对抑雾效率有显著影响。而FB＞＞F0.001，说明因子B(AES)对抑雾效率的影响极为显著，抑雾效率远远大过因子A(LAS)。而FA×B＜F0.1说明因子A(LAS)和因子B(AES)对抑雾效率不存在协同的交互作用，故只需考虑A、B因子的单一影响。而从表2可知，A、B二因子均存在K3＞K2＞K1，说明因子A(LAS)和因子B(AES)对抑雾效率均为正影响。

综合以上实验结果的分析，可以确定，添加AES可以产生极为显著的抑雾作用，而无需添加LAS。

1.5 AES添加量的确定

为了检测达到最佳抑雾效率时，AES的添加剂量，实验按本文1.3实验对AES的添加量进行了实验，结果如表4示。

表4 AES添加量实验%

从表4中可知，AES的添加量小于0.5%时，抑雾效率明显随AES含量的提高而递增，在添加量达到0.5%后，AES剂量的增加对缓蚀率的提高效果不明显，所以可以确定AES的最佳添加量为0.5%。

2 结论

由于阴离子表面活性剂LAS和AES在盐酸酸洗除锈剂水溶液中均有强烈表面活性作用，使之在溶液的气液界面均能形成密集吸附层而起到抑雾作用。但是AES对溶液表面张力的影响远远大于LAS，因此二者同时存在时，AES会优先吸附于溶液表面。而LAS和AES对抑雾效率不存在交互作用，LAS的作用可以被AES完全取代。AES在酸洗除锈剂溶液中，因对气液界面的强烈吸附而富集与溶液表面，当AES的分子已经将表面填满时即达到吸附临界值CMC［6］，此时再增加AES的添加量对抑雾效率已没有更大的作用。本文通过实验，得出在盐酸酸洗除锈剂中添加0.5%AES可以得到98.3%的抑雾效率，很好地解决了酸洗除锈剂在除锈过程中产生酸雾的问题。该实验结果对酸洗除锈技术的推广以及减少酸洗带来的环境污染有十分重要的意义。

［1］徐平如，范洪波，黎砚芬，等.钢模除锈剂的研制［J］.腐蚀与防护，2010(增刊1):215－217.

［2］徐平如.饮水机除垢剂的研制［J］.东莞理工学院学报，2005(6):100－103.

［3］陶映初，毕刚，陈思农.钢铁材料盐酸酸洗的缓蚀与抑雾研究［J］.材料保护，1991，24(8):14－18.

［4］刘彦锋，刘世川，陈晓东.盐酸酸洗缓蚀抑雾剂MY的研究［J］.应用化工，2008(1):51－53.

［5］郝拉娣，张娴，刘琳.科技论文中正交试验结果分析方法的使用［J］.编辑学报，2007(10):340－341.

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