木質(zhì)素磺酸鹽的緩蝕性能及作用機(jī)理研究.pdf

1、采用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能夠節(jié)約大量工業(yè)用水，但同時(shí)會(huì)使換熱管金屬腐蝕，為生產(chǎn)帶來隱患，添加緩蝕劑是較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的控制腐蝕的方法之一。木質(zhì)素磺酸鹽是亞硫酸法制漿的副產(chǎn)物，來源于植物體，無毒，可生物降解，價(jià)格低廉，直接應(yīng)用對(duì)碳鋼具有一定的緩蝕作用，但性能較差。因此，研究影響木質(zhì)素磺酸鹽緩蝕性能的主要因素，揭示其緩蝕作用機(jī)理，能夠?yàn)槟举|(zhì)素磺酸鹽改性成為高效緩蝕劑提供理論指導(dǎo)，同時(shí)能夠提高造紙廢液中生物質(zhì)資源的利用率，減少環(huán)境污染，具有巨大的

2、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。　　本論文以木鈣原溶液、超濾分級(jí)木鈣以及經(jīng)化學(xué)反應(yīng)改變分子中主要活性基團(tuán)含量的木鈣為研究對(duì)象，采用多種測(cè)試分析方法，研究了木質(zhì)素磺酸鈣相對(duì)分子量及主要活性基團(tuán)對(duì)緩蝕性能及腐蝕電化學(xué)過程的影響，以木質(zhì)素磺酸鈣為原料研制出高效緩蝕劑GCL2-D1，并對(duì)其抑制碳鋼腐蝕的電化學(xué)機(jī)理和吸附作用機(jī)理進(jìn)行了深入地研究?！　⊙芯拷Y(jié)果表明，隨著相對(duì)分子量的增大，甲氧基含量增大，磺酸基、羧基、酚羥基含量減少。極化曲線及交流阻抗譜研究

3、結(jié)果表明，低分子量級(jí)分(Mw＜1000)和中低分子量級(jí)分(1000＜Mw＜5000)主要抑制金屬離子化的陽極反應(yīng)，在Bode相圖中出現(xiàn)明顯的兩個(gè)相角峰，使金屬/溶液雙電層電容減小，電荷傳遞電阻增大，能夠在金屬表面成膜，但由于分子體積小，在金屬表面的遮蔽面積小，使膜層中仍有孔隙，緩蝕率不高；中高分子量級(jí)分(5000＜Mw＜10000)不能抑制陰陽極反應(yīng)；高分子量級(jí)分(Mw＞10000)雖然能抑制陰極反應(yīng)，但同時(shí)促進(jìn)陽極反應(yīng)，金屬/溶液雙電

4、層電容均比同濃度下其他級(jí)分小，這是由于此級(jí)分分子體積龐大，在金屬表面具有較大遮蔽面積。但由于此級(jí)分分子中活性基團(tuán)少，使得形成的膜層非常疏松，吸附得不牢固，不能有效抑制腐蝕反應(yīng)中電荷的傳遞。因此，要提高木質(zhì)素磺酸鈣的緩蝕性能，必須提高其分子中有利于吸附的活性基團(tuán)含量，同時(shí)適當(dāng)提高分子量，使其在金屬表面具有較大的遮蔽面積和較小的空間位阻?！　?shí)驗(yàn)分別通過氧化、羥甲基化、磺甲基化反應(yīng)提高木鈣中羧基、羥基、磺酸基含量，研究結(jié)果表明，羧基和磺酸

5、基含量的增大，能夠顯著減小金屬/溶液雙電層電容，同時(shí)顯著增大電荷傳遞電阻。但是，隨著羥基含量的增大，雙電層電容增大，電荷傳遞電阻減小。因此，提高分子中羧基和磺酸基含量對(duì)提高緩蝕性能有利，而過多的醇羥基對(duì)提高緩蝕性能不利。研究還發(fā)現(xiàn)，上述提高了分子中活性基團(tuán)含量的木鈣與Zn2+螯合能夠使金屬/溶液雙電層電容進(jìn)一步減小，在金屬表面的相對(duì)覆蓋度增大，緩蝕性能提高?！　∫阅举|(zhì)素磺酸鈣為原料，經(jīng)氧化、磺甲基化和螯合反應(yīng)，研制了高效緩蝕劑GCL2

6、-D1。凝膠滲透色譜研究表明GCL2-D1重均分子量為29381，多分散性為2.95，分子量增大且分布更為均一，同時(shí)分子中磺酸基和羧基含量明顯增大，甲氧基、羥基含量減少。GCL2-D1具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)緩蝕性能，添加濃度為50mg/L時(shí)對(duì)碳鋼的緩蝕率達(dá)到95％，平均腐蝕速度僅為0.0229mm/a?！　⊙芯苛薌CL2-D1的電化學(xué)緩蝕機(jī)理。極化曲線測(cè)試結(jié)果表明，GCL2-D1能夠同時(shí)抑制碳鋼陰陽極的電化學(xué)反應(yīng)，屬于混合抑制型緩蝕劑。GCL

7、2-D1在動(dòng)態(tài)條件下形成的膜比靜態(tài)條件下的更為致密，能顯著影響雙電層電容以及電荷傳遞電阻。利用交流阻抗譜研究了GCL2-D1溶液中緩蝕膜的形成與修復(fù)，運(yùn)行48h后膜層出現(xiàn)局部破損，可以通過補(bǔ)充低濃度的GCL2-D1對(duì)膜層進(jìn)行修復(fù)。電化學(xué)噪聲曲線中沒有出現(xiàn)明顯的噪聲峰，表明GCL2-D1具有優(yōu)異的抑制碳鋼點(diǎn)蝕的性能，與旋轉(zhuǎn)掛片實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致?！　⊙芯苛薌CL2-D1對(duì)碳鋼腐蝕動(dòng)力學(xué)的影響及其在碳鋼表面的吸附行為。GCL2-D1能夠明顯增大

8、金屬腐蝕反應(yīng)的表觀活化能，在碳鋼表面的吸附遵循Langmuir等溫式，△Gads0＜0和△Hads0＜0說明GCL2-D1在碳鋼表面的吸附屬于自發(fā)的放熱過程，△Sads0＜0說明吸附后碳鋼表面變得更為有序。　　環(huán)境掃描電鏡研究發(fā)現(xiàn)GCL2-D1在溶液中為橢球形團(tuán)聚物組裝而成的直鏈狀超分子，說明Zn2+能夠通過活性基團(tuán)將木鈣分子連接起來，具有更大的遮蔽面積，有利于吸附。俄歇能譜研究結(jié)果表明在GCL2-D1溶液中碳鋼表面的緩蝕膜中出現(xiàn)了Z