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一种高效环保型阻垢缓蚀剂制备及性能研究报告 个人资料整理 仅限学习使用一种高效环保型阻垢缓蚀剂的制备及性能研究摘要：以无水马来酸酐和-巯基丙酸为主要原料、铬酸钾为催化剂合成出S-羧乙基硫代琥珀酸(CETSA，并对其阻垢缓蚀效果进行了研究。结果表明：S-羧乙基硫代琥珀酸具有良好的水溶性和生物降解性，在宽pH范围内具有较好的缓蚀阻垢性能，尤其将其与葡萄糖酸钠、丙烯酸羟丙酯HPA）及Zn盐等物质复配后Abstract：Experimental process of preparing S-carboxymethyl thiosuccinate acid and Zn salt, the performance has obviously enhanced. Under the condition of 45，dosage of 20mgL-1,the corrosion inhibition rate can reach up to 93.2% , and its scale inhibition rate can reach up to 98.5%. In addition, the formula is PhosphorusFree，so it has a much more higher ratio of quality to value.Keywords：phosphorus-free and environmentally friendly type。 Corrosion and Scale Inhibitor。 carboxymethyl thiosuccinate acid。 synthesis随着能源电力和钢铁工业工业的迅猛发展，循环冷却水的用量也来越大，为了防止循环冷却水所引起的管道腐蚀和结垢等不良现象，通常需向循环冷却水中加入一定量的阻垢缓蚀剂，以防止管道腐蚀和结构，但传统的阻垢缓蚀剂中因含有磷酸盐类等物质，排入环境会引起水体富营养化，严重污染水环境。因此如何研制出一种新型无磷阻垢缓蚀剂已成为当今环保和水处理剂领域亟待解决的重大课题1-2。为此，本文采用新的合成方法制备出环保型无磷阻垢缓蚀剂S-羧乙基硫代琥珀酸，然后再将其与其他无磷阻垢剂和缓蚀剂复配，得到性能更加优异的新型无磷阻垢缓蚀剂，展现出良好的应用前景3。1.实验部分1.1 主要实验药品与仪器马来酸酐、-巯基丙酸、甲苯、冰醋酸、铬酸钾、葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、水解聚马来酸酐HPMA）、ZnSO47H2O、CaCl2、MgSO47H2O、NaHCO3、NaOH、钙羧酸指示剂、乌洛托品、盐酸等分析纯化学试剂湖北大学化工厂生产）；202-2型电热恒温干燥箱金坛市白塔金昌实验仪器厂生产）；pHS-3C型酸度计上海天呈科技有限公司生产）；HH-SAHH-SA型超级恒温油浴锅金坛市梅香仪器制造厂生产）、RCC-I型旋转挂片腐蚀仪江都市建华仪器仪表厂生产）。1.2 S-羧乙基硫代琥珀酸的合成在一个装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中加入一定量的马来酸酐）、蒸馏水，在恒温油浴锅中和常压搅拌下加热该体系至75左右，使马来酸酐完全溶解；然后将少量-巯基丙酸）溶于甲苯中并将该甲苯溶液加入到此三口烧瓶中，用冰醋酸调节该体系pH至5，然后加少量铬酸钾作催化剂，在搅拌条件下将该系统温度升高至140，在140恒温条件下搅拌反应2h，然后趁热过滤、滤液冷却重结晶、再过滤干燥后，便得到白色粉末，即为本产品：S-羧乙基硫代琥珀酸，简称CETSA。合成示意图如下：1.3 新型高效无磷阻垢缓蚀剂的复配 鉴于目前无磷阻垢缓蚀剂的阻垢性能尚可、而主要存在缓蚀性能先天不足的特点4，本实验将上述制得的S-羧乙基硫代琥珀酸CETSA）与葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、水解聚马来酸酐HPMA）、硫酸锌等无磷缓蚀剂进行复配和不同浓度的筛选8-10，从中找出缓蚀性能更加优异的无磷阻垢缓蚀剂的最佳配方。1.4 产品的性能测试1.4.1CETSA阻垢性能的测定用静态阻垢实验测定其阻垢率，具体过程如下：在烧杯中各加入Ca2+=0.5gL-1以CaCO3计）， Mg2+=0.168gL-1以MgCO3计），加入药剂，再加HCO3-=0.2 gL-1和浓缩倍率式中：A加阻垢剂实验后Ca2+质量浓度,mgL-1； B不加阻垢剂实验后Ca2+质量浓度，mgL-1； C实验前加入Ca2+质量浓度，mgL-1.公式2）式中：Cl-1浓缩后Cl-的浓度，mgL-1；Cl-0浓缩前Cl-的浓度，mgL-1；1.4.2CETSA缓蚀性能测定用旋转挂片腐蚀实验测定其缓蚀效果，具体过程如下：在烧杯中各加入Ca2+=0.5gL-1以CaCO3计）， Mg2+=0.168gL-1以MgCO3计），加入药剂，再加HCO3-=0.2 gL-1以CaCO3计），加NaCl调节Cl-=0.5 gL-1，搅匀，将烧杯置于旋转挂片腐蚀仪的恒温水浴中，将温度设定在45，放入挂片，经过一段时间t后将挂片取出，清洗、烘干、称重。其中年腐蚀率X1的计算公式如下5：公式3）式中 m试片质量损失，gm0试片酸洗空白实验的质量损失平均值，gs试片表面积，cm2 试片密度，gcm-3t实验时间，h缓蚀率X2的计算公式如下5： 公式4） 式中X0空白实验试片的腐蚀速率，mma-1 X1试片的腐蚀速率, mma-1 2.结果与讨论2.1pH值对S-羧乙基硫代琥珀酸阻垢效果的影响 pH值对S-羧乙基硫代琥珀酸阻垢效果的影响见图1所示其中CETSA浓度为10ppm）。图1. pH值对S-羧乙基硫代琥珀酸阻垢效果的影响Fig .1 Influence of pH value on CETSAs scale inhibition effect 从图1可以看出当pH值为49之间时，CETSA的阻垢率均大于90%，当pH为79时，阻垢率更是高达100%，说明CETSA在pH值为49时它有较好好的阻垢效果。2.2pH值对S-羧乙基硫代琥珀酸缓蚀效果的影响pH值对S-羧乙基硫代琥珀酸缓蚀效果的影响见图2所示其中CETSA浓度为50ppm）。图2. pH值对S-羧乙基硫代琥珀酸缓蚀效果的影响Fig .2 Influence of pH value on CETSAs corrosion inhibition effect 从图2可以看出，S-羧乙基硫代琥珀酸对pH值在49之间的水质有一定的缓蚀效果，当水质的pH值=8时，S-羧乙基硫代琥珀酸的缓蚀效果最佳，年腐蚀率仅为0.075mma-1，但该缓蚀率仍明显低于传统磷系阻垢缓蚀剂的缓蚀率，还有待进一步提高。2.3 S-羧乙基硫代琥珀酸的投加量对其缓蚀效果的影响 S-羧乙基硫代琥珀酸的投加量对其缓蚀效果的影响见图3所示。图3. S-羧乙基硫代琥珀酸的投加量对其缓蚀效果的影响Fig 3 Influence of CETSAs dosage on corrosion inhibition effect 从图3可以看出，随着S-羧乙基硫代琥珀酸投加浓度的增大，其缓蚀效果也随之增强，当CETSA浓度大于20ppm时，其缓蚀率增加不明显，最高在55%左右，这明显不及传统的磷系阻垢缓蚀剂的缓蚀率5-6。因此，若单独用CETSA作阻垢缓蚀剂的话，其缓蚀性能远远达不到传统磷系阻垢缓蚀剂的技术要求，必须将CETSA与其他无磷缓蚀剂进行科学复配方可达到或超过传统磷系阻垢缓蚀剂的缓蚀性能。2.4 S-羧乙基硫代琥珀酸复合阻垢缓蚀剂的最佳配方和投加量的确定 为了提高S-羧乙基硫代琥珀酸的缓蚀性能，将S-羧乙基硫代琥珀酸与葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、丙烯酸羟丙酯HPA）、硫酸锌等无磷缓蚀剂进行复配和筛选8-10，将筛选参试的4个复合型无磷阻垢缓蚀剂配方具有优良的缓蚀性能，而且其缓蚀效果均优于传统的磷系阻垢缓蚀剂5-6。2.6氯离子浓度对无磷1#缓蚀效果的影响氯离子浓度对无磷1#缓蚀效果的影响见图6所示。图6. 氯离子浓度对无磷1#缓蚀效果的影响Fig 6 Influence of mass concentration of Cl- on corrosion inhibition effect从图6可以看出，无磷1#的缓蚀率随Cl-浓度的增加而不断下降，其原因可能包括以下两个方面：1）Cl-本身对碳钢有较强的腐蚀性；2）水中过多的Cl-极易与水中Zn2+形成ZnOH）Cl胶体11，从而影响Zn2+的成膜缓蚀性能，导致无磷1#的缓蚀率随Cl-浓度的增加而不断下降。因此，将水中氯离子的浓度控制在500mgL-1以下时才对无磷1#的缓蚀效果无明显影响。2.7 浓缩倍率对无磷1#阻垢缓蚀性能影响 不同浓缩倍率下的无磷1#的阻垢缓蚀性能见图7所示，其中，产品初始浓度为20ppm。缓蚀率 / %图7.不同浓缩倍率下无磷1#的阻垢率及缓蚀率Fig.7 Scale and corrosion inhibition rate under different concentration ratio从图7可以看出，随着阻垢缓蚀剂的浓缩倍率的提高，它们的阻垢缓蚀率均出现不同程度的下降，尤其当浓缩倍率大于4时，其阻垢率下降得更快；原因是随着浓缩倍率的提高，水中Ca2+，Mg2+浓度明显升高，它们极易在水中形成污垢，这就对阻垢产生非常不利的影响。因此，综合考虑，将无磷1#用作冷却水处理系统的阻垢缓蚀剂时，其浓缩倍率应控制在3.5以下为宜。3结论1）以无水马来酸酐和-巯基丙酸为主要原料，铬酸钾为催化剂合成了S-羧乙基硫代琥珀酸，该产品在宽pH = 4-9的范围内具有较好的阻垢缓蚀性能。2）将S-羧乙基硫代琥珀酸与其他无磷的缓蚀剂复配成的一种新型复合型无磷缓蚀阻垢剂1#，其缓蚀率较未复配前的提高三十几个百分点；当其投加浓度为20ppm时，缓蚀率高达93.2%，明显优于PAPE和ATMPS等传统的磷系阻垢缓蚀剂。3）水中氯离子的浓度增加对产品的缓蚀效果有一定影响，但将水中氯离子的浓度控制在500mgL-1以下时对无磷1#的缓蚀性能无明显影响。:101-104.2 王毅冯，辉 霞，张 婷等. 聚环氧琥珀酸：18-21.3 张光华.水处理化学品制备与应用指南M.中国石化出版社.2003.4 胡晓静，刘振法，武秀丽等.冷却水用无磷阻垢缓蚀剂的研制J. 化工进展，2009，28 :609-6117金晓茗,崔心存, 高温冷却水系统中有机膦羧酸(PBTCA缓蚀阻垢性能的研究J.广州化工，2001,29(4:25-268 吴宇峰曾凡亮刘向东, 绿色化学品与无磷阻垢缓蚀剂J.化工时刊.2005,19(7:44-489王克诚，刘欣，王丽红，刘妍. 聚天冬氨酸及其与葡萄糖酸钠复配物对碳钢的缓蚀性能研究J. 材料保护.2007,40(6:60-62.10R. Naderi, M. Mahdavian, M.M. Attar. Electrochemical behavior of organic and inorganic complexes of Zn(II ascorrosion inhibitors for mild steel: Solution phase studyJ. Electrochimica Acta . 2009(54:68926895.11张光华 主编 水处理化学品M 化学工业出版社,2005.