异喹啉季铵盐缓蚀剂FIQ2C在盐酸中的缓蚀行为研究

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第22卷第9期2001年9月Vol. 222No.9September 2001腐蚀与防护CORROSION & PROTECTION 潘碌亭等：异喹啉季铵盐缓蚀剂 FIQ-C在盐酸中的缓蚀行为研究 异喹啉季铵盐缓蚀剂 FIQC在盐酸中的缓蚀行为研究 潘碌亭，肖锦 (华南理工大学造纸与环境工程学院，广州510641) 摘要：研究了天然高分子改性异喹啉季铵盐絮凝-缓蚀剂 FIQ-C在10%盐酸溶液中对 Q235钢的缓蚀性能，讨论了药剂用量、温度、时间对缓蚀性能的影响，以及 FIQ-C与 ED TMP的协同缓蚀效应，并通过极化曲线、扫描电镜及俄歇能谱，探讨了 FIQ-C在盐酸介质中的缓蚀机理。结果表明，FIQ-C在10%盐酸介质中对Q235钢具有良好的缓蚀作用，是一种阴、阳极混合型缓蚀剂。 关键词：异喹啉季铵盐；盐酸；缓蚀性能；缓蚀率 中图分类号： TG174.42 文献标识码：A 文章编号：1005-748X(2001)09-0378-03 CORROSION INHIBITION PERFORMANCE OF ISOQUINOL INE QUATERNARYAMMONIUM SALTINHYDROCHLORIC ACID PANLuting， XIAO Jing (College of Paper and Environmental Engineering. South China University of Technology. Guangzhou 510641 ， China) Abstract ： The corrosion inhibition of FIQ C Inhibitor for mild steel in 10 % HCl solutions was studied. Factorssuch as normal running concentration， temperature， time， and the synergistic inhibition effect of FIQ C and EDTMPwere discussed. The corrosion inhibiting mechanism of FIQ-C in hydrochloric acid was investigated by meas of polarizationcurves， SEM and AES. Results showed that FIQ C corrosion inhibitor attained good inhibition effect in 10 % HCl andwas a mixed type inhibitor. Key words ： Isoquinoline quaternary ammonium salt； HCl； Corroison inhibition； Inhibiting efficiency 在工业清洗过程中，盐酸是应用较为广泛的清洗剂之一。但盐酸是一种强酸，对钢铁具有较强的腐蚀作用，因此在酸洗过程中必须添加高效缓蚀剂以保护金属设备不受酸溶液的腐蚀。近年来，盐酸介质中有机缓蚀剂的研究有了一定的进展1~4]，但以天然高分子改性的季铵盐缓蚀剂的报道较少。本文以天然高分子植物胶粉F691为原料，对其进行化学改性，研制出具有絮凝、缓蚀作用的水处理剂FIQ-C，重点研究 FIQ-C在盐酸介质中对Q235 钢的缓蚀性能，并对其缓蚀机理进行探索研究。 1实验部分 1.1主要试剂与仪器 异喹啉季铵盐絮凝-缓蚀剂FIQ-C(自制，使用时配成0.5%的浓度)；乙二胺三甲叉膦酸盐阴离子缓蚀剂EFTMP(市售，使用时配成0.5%的浓度)； ( 收稿日期：2000-09-25 ) 盐酸(AR)。 M-273型电化学腐蚀测试仪(美国 PAR公司)；S-550型扫描电子显微镜(日本日立公司)；AAS-200型俄歇能谱仪(日本日立公司)。 1.2 实验方法 1.2.1失重法 实验材质为 Q235 钢(50mm×50mm ×3mm)。将试片打磨，经石油醚、无水乙醇清洗后，晾干称重。然后将试片悬挂在盛有浓度为10%盐酸介质的烧杯中，于恒温水浴中腐蚀一定时间后，取出试片再依次用蒸馏水、石油醚、无水乙醇洗涤，干燥后称重，计算腐蚀速率及缓蚀率。 1.2.2极化曲线测试 采用三电极系统，铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，研究电极为同材质的Q235钢，工作面积为0.5cm²，腐蚀介质为30°℃的10%盐酸溶液，测定研究电极在空白和含有 FIQ-C缓蚀剂的腐蚀介质中的稳态阴、阳极极化曲线。 1.2.3 扫描电镜分析 采用日本 S-550型扫描电镜，加速电压 20kV，放大倍数均为500倍，试片处理同上。 1.2.4 俄歇能谱分析 将处理过的试片进行挂片腐蚀，腐蚀介质为30的10%盐酸溶液 ，24h 后取出试片进行清洗、干燥，然后在 AAS-200 型能歇能谱仪上进行表面分析。 2结果与讨论 2.1FIQ-C用量对缓蚀性能的影响 当温度为30℃时，在10%盐酸溶液中分别加入不同用量的 FIQ-C ，将试片在酸液中腐蚀 24h后测定腐蚀速率和缓蚀率，结果如图1和图2所示。 图1 FIQ-C用量对腐蚀速率的影响 图2 FIQ-C用量对缓蚀率的影响 由图1和图2可知，随着缓蚀剂 FIQ-C用量的增加，试片的腐蚀速率逐渐降低，缓蚀率逐渐提高，当FIQ-C用量为 20mg/L 时，试片的腐蚀速率只有0.63g/m²·h ，缓蚀率已达93.5%，再增大 FIQ-C的用量，缓蚀率增加缓慢，因此选择20mg/L FIQ-C为最适宜用量，30时，其缓蚀率为93.5%。 2.2 时间对缓蚀性能的影响 为探索药剂缓蚀性能与时间的关系，逐日测定了试片在30℃10%盐酸溶液中空白与殳加了20mg/L FIQ-C时的腐蚀数据，实验周期为4天，结果如图3所示。由图3可见，随着时间的延长，药剂的缓蚀率不但没有降低，反而略有上升，说明药剂FIQC在盐酸介质中的缓蚀性能具有一定的长效 图3时间对缓蚀率的影响 性，这在工业酸洗过程中具有很好的应用前景。 2.3 温度对缓蚀性能的影响 腐蚀介质的温度对腐蚀速度有很大的影响151.实验测定了药剂在10%盐酸溶液中不同温度下的缓蚀效果，FIQ-C投加量均为 20mg/L，腐蚀时间为8h ，实验结果如图4所示。 图4温度对缓蚀率的影响 由图4可见，当温度低于60℃时，药剂的缓蚀率相差不大，当温度高于60℃时，药剂的缓蚀率逐渐下降。这是由于升高温度促使吸附膜脱附现象加剧，从而导致金属表面腐蚀面积增大，加速了金属的腐蚀速率。故药剂 FIQ-C只适用于作中、低温酸洗缓蚀剂。 2.4 FIQC与 ED TMP EDTMP(乙二胺三甲叉膦酸盐)是工业上较常用的缓蚀、阻垢剂，但该药剂在酸中的缓蚀性能较差。故实验研究了 FIQ-C与 EFTMP复配使用时的缓蚀效果，药剂的总投加量以及其它实验条件与图1中所述的一致，FIQ-C与 EFTMP的用量均为总量的一半，腐蚀时间为 24h，实验结果如图5所示。由图5可见，FIQ-C与 EDTMP复配使用时，其缓蚀性能比单独使用 FIQ-C时要好，表明两种药剂在盐酸溶液中具有良好的协同缓蚀作用。 2.5 缓蚀机理探讨 2.5.1 电化学测试 动电位扫描测得 FIQ-C对 Q235 钢在10%盐酸溶液中的极化曲线如图6所示。由图6可见，FIQ-C能同时抑制阳极过程和阴极过程，所以能使 图5FIQ-C与 EDTMP复配使用结果 图6腐蚀极化曲线 腐蚀速率显著降低，同时也说明 FIQ-C 属于阴、阳极混合型缓蚀剂。 2.5.2SEM 观察分析 由扫描电镜观察可见(图略)，Q235钢在10%盐酸溶液中的腐蚀较严重，外观呈蜂窝状。而加入FIQ-C后，挂片表面非常光滑，无点蚀现象，表明药剂已在金属表面吸附成膜。 2.5.3 AES分析结果 俄歇电子能谱分析结果见表1和表2。比较表1和表2可知，空白试片上O和 Fe 元素含量高于加药后试片上O和Fe 的含量，表明空白试片表面腐蚀严重，且腐蚀产物多为铁的氧化物。加入 FIQ-C后试片表面C含量增大，并出现了 N 元素，说明含C、N的有机膜已吸附在金属表面，阻止了去极化物 表1 10%HCI空白试片俄歇能谱 元素 能量/eV 系数 含量/% 181 1 3.4 K 250 0.93 3.3 C 271 0.14 37.5 Ca 291 0.87 2 O 511 0.68 35.3 Fe 703 0.34 15.5 Zn 993 0.35 3 表2 10%HCI 加20mg/L FIQC试片俄歇能谱 元素 能量/eV 系数 含量/% C 181 1 3.6 C 271 0.14 52.1 N 381 0.36 3.2 O 510 0.68 28.5 Fe 702 0.34 12.6 质向金属表面迁移，减缓了金属的腐蚀。 3FFIQC的应用经济分析 生产每吨药剂 FIQ-C(有效物含量10%)的原料成本约3000元人民币，产品售价可定为6000元/吨，在作为盐酸的酸洗缓蚀剂时，当腐蚀速率低于2g/m ·h时，FIQ-C投加5~10mg/L即可，即商品投加量为50~100mg/L，故每吨10%盐酸中投加FIQ-C需要0.3~0.6元。 4结论 (1)异喹啉季铵盐 FIQ-C缓蚀剂在10%HCl中，对Q235钢有较好的缓蚀作用，符合盐酸酸洗常规条件下使用所需的要求。 (2) FIQ-C在10%盐酸溶液中具有长效缓蚀作用，并且 FIQ-C与 ED TMP复配使用具有协同缓蚀效应。 (3)在10%盐酸溶液中，FIQ-C是一种阴、阳极混合型缓蚀剂，能在金属表面吸附成膜，阻止了去极化物质向金属表面迁移，减缓了金属腐蚀速率。 (4)若腐蚀速率低于2g/m²·h，每吨10%盐酸中投加 FIQ-C所需的费用为0.3~0.6元。 ( 参考文献： ) ( [1] 潘献辉，魏宝明.盐酸中BMPT对不锈钢缓蚀性能的 探讨[J].腐蚀与防护，1999 ，20(4)：156~159. ) ( [2] 王延，周永红，宋湛谦，等.盐酸介质中脱氢松香咪唑啉缓蚀剂对Q235 钢缓蚀性的研究[J].腐蚀与防护， 1998，19(6)：247~249. ) ( [3] 蒋馥华，张萍，申照全.吡唑酮缓蚀剂在盐酸中的缓蚀 行为[J].腐蚀与防护，1996 ，17(1)：27~30. ) ( [4] 俞敦义，史铁京.喹啉季铵盐(HQ)缓蚀剂的缓蚀性能 及吸附等温式[J].腐蚀与防护，1997，18(4)：158~ 161. ) ( [5] 徐寿昌.工业冷却水处理技术[M].北京：化学工业出 版社，1984，386~387. ) 启示 凡以电子邮件投稿的作者，请务必写清投稿对象(刊名)，留下联系人姓名、联系方式、详细地址等。本刊 ·◎Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.， Ltd. Allrights reserved.