单宁酸在冷却水中的缓蚀性能研究

贾 峰, 李 波, 成晓敏

(1.中北大学 化工与环境学院， 山西 太原 030051；2.山西省环境科学学会， 山西 太原 030024)

0 引 言

目前，工业生产中使用的缓蚀剂多为磷系配方，磷系配方会随工业废水的排放而进入水体，不仅造成水体“富营养化”，而且严重污染环境，加剧了水资源短缺的同时对水处理提出更高的要求.随着人类环境保护意识的增强和可持续发展思想的深入，对缓蚀剂的开发和应用也提出了新的要求.围绕性能和经济目标，研究开发对环境不构成破坏作用，即运用绿色化学的思想研究和制备环境友好型缓蚀剂，成为未来缓蚀剂发展的方向[1].单宁酸存在于多种植物及果实中，是自然界中十分丰富的天然有机资源之一，属于多元酚类化合物，单宁分子的每个结构单元都是由多环芳核和活性官能团组成；同时和其它水体腐殖质一样具有羧基、酚羟基、甲氧基、乙醇基、羰基等多种官能团，单宁酸具有亲水性、表面活性、离子交换能力、络合能力以及吸附分散能力等，它可作为絮凝剂、阻垢分散剂、缓蚀剂、离子交换树脂在水处理中得到应用[2]，因此单宁酸可以作为一种非磷系、无公害、易降解的绿色环保型缓蚀剂，在工业水处理领域有着理论研究价值和广阔的应用前景.早有文献报道，单宁酸具有一定的缓蚀性能，但对缓蚀的效率以及性能没有具体的数据和资料作为参考，因此本文将通过试验对单宁酸的缓蚀性能进行全面细致的考察，为后续深入研究提供参考.

1 实验部分

1.1 实验材料

主要仪器：GYXZFS-II型旋转挂片腐蚀仪，北京广源科佑科贸有限公司；电子天平，奥豪斯公司；A3碳钢挂片、H62黄铜、1Cr18Ni9Ti铝合金.

主要试剂：单宁酸，相对分子质量约为1 701.23，天津恒兴公司；丙酮、无水乙醇、盐酸、氢氧化钠、六次甲基四胺，均为分析纯；羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)，由山东泰和水处理有限公司提供，两者纯度均为50%.

1.2 实验方法

本研究采用失重法，依据GB/T18175-2000进行.

实验条件：温度(40、45、50±1)℃，试片材质为A3碳钢、H62黄铜、1Cr18Ni9Ti铝合金，实验溶液体积与试片面积比为32 mL/cm2，转速为75 r/min，不进行预膜，试验时间为72 h，实验用水为中北大学自来水.

试片处理：试片表面积均为28.0 cm2，将试片用滤纸把防锈油脂擦拭干净，然后分别在丙酮和无水乙醇中用脱脂棉擦洗(每10片试片用不少于50 mL上述试剂)，置于干净滤纸上，用滤纸吸干，置于干燥器中4 h以上，称量(精确到0.000 2 g).

实验步骤：从试片挂入所要求温度的试液中起计算时间，72 h后取出试片，酸洗去除腐蚀产物，去离子水洗、干燥称重；同时做未加水处理剂的空白实验；由试片在实验前后的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率.

2 结果与讨论

2.1 不同温度下单宁酸的缓蚀性能研究

采用失重法对单宁酸分别在40 ℃、45 ℃、50 ℃的温度下对单宁酸的缓蚀性能进行了测试，试验材质为A3碳钢，实验结果如图1所示.

图1 单宁酸在40 ℃、45 ℃、50 ℃下缓蚀率与药剂质量浓度的关系 图2 单宁酸对不同材质挂片的缓蚀性能影响

由图1可以看出，单宁酸的药剂质量浓度为20 mg/L时，40 ℃、45 ℃、50 ℃的缓蚀率分别为28.2%、23.1%、20.3%；在药剂质量浓度为40 mg/L时单宁酸的缓蚀率达到最高，在40 ℃、45 ℃、50 ℃的缓蚀率依次为50.6%、46.7%、41.2%；药剂质量浓度超过40 mg/L时，单宁酸的缓蚀率没有继续升高，反而有轻微下降；说明单宁酸具有良好的缓蚀率，且缓蚀率随着温度的升高而逐渐下降.

2.2 单宁酸对不同材质的挂片缓蚀性能的研究

循环冷却水系统中过水的金属表面都会遭受不同程度的腐蚀，如输水管道、水泵、热换器、金属支架等.各种部件的材质各有不同，试验研究了单宁酸对A3碳钢、H62黄铜、1Cr18Ni9Ti铝合金的缓蚀性能，试验温度为(45±1)℃，结果如图2所示.

由图2可以看出，单宁酸对A3碳钢、H62黄铜、1Cr18Ni9Ti铝合金都具有一定的缓蚀性能；单宁酸对H62黄铜的缓蚀率随着药剂的增加而上升，A3碳钢、1Cr18Ni9Ti铝合金的缓蚀率随着药剂质量浓度的增加先上升后下降；药剂质量浓度为40 mg/L时，A3碳钢、1Cr18Ni9Ti铝合金的缓蚀率达到最大，分别为46.7%、39.4%；药剂质量浓度为60 mg/L时，H62黄铜的缓蚀率达到最大，为48.2%.

2.3 单宁酸与HEDP、ATMP缓蚀性能的对比研究

试验也对单宁酸与市售常用磷系缓蚀剂HEDP、ATMP的缓蚀性能进行了对比研究，试验温度为(45±1)℃，采用A3碳钢挂片，试验结果如图3所示.

图3 单宁酸与HEDP、ATMP缓蚀性能的对比 图4 单宁酸与HEDP、ATMP分别复配后的缓蚀率与药剂质量浓度的关系

由图3可以看出，单宁酸的缓蚀率相比市售常用缓蚀剂HEDP、ATMP有一定差距；药剂质量浓度为10 mg/L时，单宁酸、HEDP、ATMP的缓蚀率分别为11.3%、21.4%、18.2%；药剂质量浓度为40 mg时，HEDP的缓蚀率达到最大，为60.4%，此后随着药剂投加量的增加，缓蚀率基本保持平稳；ATMP的缓蚀率随着投药量的增加而增加，在60 mg/L时达到了最大，为64.3%.

2.4 单宁酸与HEDP、ATMP复配缓蚀性能的研究

试验将单宁酸与市售常用磷系缓蚀剂HEDP、ATMP分别进行了复配，药剂复配质量浓度为1∶1，试验温度为(45±1)℃，试片材质为A3碳钢，实验结果如图4所示.

由图4可以看出，单宁酸与HEDP、ATMP分别复配后的缓蚀率均随着投药量的增加而上升，在药剂质量浓度超过30 mg/L时，缓蚀率基本保持平稳；结合图3，在药剂质量浓度为20 mg/L时，单宁酸、HEDP、ATMP、单宁酸+HEDP、单宁酸+ATMP的缓蚀率分别为32.6%、44.1%、39.6%、60.3%、57.1%，40 mg/L时，缓蚀率依次为46.7%、60.4%、58.2%、67.8%、62.1%；复配后比使用单一药剂的缓蚀性能都要好，说明单宁酸与HEDP、ATMP复配后具有协同增效效应，可以部分减少磷系缓蚀剂HEDP、ATMP的使用量.

3 结论

(1)单宁酸有一定的缓蚀性能，质量浓度为40 mg/L时达到了最大，此后随着质量浓度的增加，缓蚀率反而有所下降.

(2)单宁酸对不同材质，A3碳钢、H62黄铜、1Cr18Ni9Ti铝合金都具有一定的缓蚀性能，药剂质量浓度为40 mg/L的缓蚀率分别为46.7%、41.3%、39.4%.

(3)单宁酸与市售常用磷系缓蚀剂HEDP、ATMP复配后能增强缓蚀性能，能减少HEDP、ATMP的使用量.

参考文献

[1] 王慧龙,郑家燊.环境友好缓蚀剂的研究进展[J].腐蚀科学与防护技术,2002,14(5):275-279.

[2] 秦小玲,刘艳红.植物单宁在水处理中的研究与应用[J].工业水处理,2006,26(3):28-29.