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水处理药剂之缓蚀阻垢剂-金属腐蚀的克星
作者:缓蚀阻垢剂  来源:本站  发表时间:2018-08-29 17:07:26   浏览:
缓蚀阻垢剂,即一种延缓腐蚀的制剂,又叫腐蚀抑制剂或阻止剂,是指向腐蚀介质中加入少量或微量的化学物质,通过物理、化学或物化反应而阻止、减缓金属的腐蚀速度,同时还保持着金属材料原来的物理、化学及机械性能。考虑到缓蚀阻垢剂种类众多,本文系统的介绍了缓蚀阻垢剂的分类和机理,为后续缓蚀阻垢剂的选择提供重要理论依据。

1 分类
1.1
按作用机理分类
按照作用机理,可分为阳极、阴极和混合型缓蚀阻垢剂三类。
阳极缓蚀阻垢剂具有氧化性,使阳极过程变慢,促进金属表面钝化而达到抑制金
属溶蚀的目的,常用的有阳极钝化氧化剂(铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等)及阳极成膜剂(硅酸盐、苯甲酸盐、碱等),但是在使用过程中要注意缓蚀阻垢剂的浓度,浓度不足时保护膜不完整,反而会加剧金属的局部腐蚀。
阴极缓蚀阻垢剂能够增加阴极反应过电位,以此来增加阴极过程的极化性。常用的有肼、联安、亚硫酸钠等可以去除溶解氧,另外,砷、锑、铋、汞盐可以增加析氢过电位。
混合型缓蚀阻垢剂综合了阳极、阴极缓蚀阻垢剂的效果,通过两极的吸附作用可以同时减缓它们的反应速度,故也称为掩蔽型缓蚀阻垢剂。如含氮、磷、硫和氧等具有弧电子对元素的有机物可直接在金属表面形成化学吸附层,像硫酸锌和氯化铍在阴极区生产氢氧化物的沉积层,也属于混合型缓蚀阻垢剂。
1.2
按成分属性分类
按照化学物质的成分属性,可分为无机、有机缓蚀阻垢剂两类。
阳极缓蚀阻垢剂、阴极缓蚀阻垢剂和混合型缓蚀阻垢剂一般都属于无机缓蚀阻垢剂。
有机缓蚀阻垢剂缓蚀阻垢剂为吸附性缓蚀阻垢剂,常用品种有含氮、含硫、含氧、含磷有机化合物,如胺类、杂环化合物、长链脂肪酸化合物、有机磷、醛类等。
1.3
按照应用环境分类
按照缓蚀阻垢剂的应用环境大致可分为酸性溶液用缓蚀阻垢剂、碱性溶液用缓蚀阻垢剂、中性溶液用缓蚀阻垢剂和气相缓蚀阻垢剂四类。
其中,乌洛托品、咪唑啉、苯胺、三氯化锑等都适用于酸性介质;硝酸钠、硫化钠、过磷酸钙等适用于碱性介质;六偏磷酸钠、葡萄糖酸锌、硫酸锌等适用于天然水和盐水这类中性溶液;碳酸环已胺、苯甲酸戊胺适用于仓库和包装袋内作为气相缓蚀阻垢剂,这类缓蚀阻垢剂是挥发性很高的物质,以固体形态应用,也属于一种吸附性缓蚀阻垢剂[1-2]。

2 缓蚀机理[3]
缓蚀阻垢剂的作用机理概况起来可以分两种,即电化学机理和物理化学机理。电化学机理是以金属表面发生的电化学过程为基础,来解释缓蚀效果,物理化学机理是以金属表面发生的物理化学变化为依据,说明缓蚀阻垢剂的作用,包括吸附理论和成膜理论两方面。虽然这两种机理的分析角度完全不同,但相互之间并不影响。
2.1
电化学机理
造成金属腐蚀大多数都是因为表面发生原电池反应的结果,若缓蚀阻垢剂可以抑制阳极、阴极反应中的任何一个或两个,那么整个金属的腐蚀都会减慢。从埃文斯图(图1)我们发现,当向金属系统中加入阴极缓蚀阻垢剂后(图1-a),使得阴极极化曲线负移或增加曲线斜率,相应的腐蚀电流降低;当加入阳极缓蚀阻垢剂后(图1-b),使得阳极极化曲线正移或增加曲线斜率,使在腐蚀点位下对应的腐蚀电流降低;当加入混合型缓蚀阻垢剂时,它会同时增加阴、阳极的极化阻力(图1-c)。

阳极缓蚀阻垢剂主要是作用在阳极金属表面,生成一层薄的氧化膜,以此将金属与腐蚀介质相隔离,或是在缓蚀阻垢剂吸附在阳极金属表面,抑制金属的离子化过程,最终使金属的电极电位达到钝化电位(图2)。

图2 阳极抑制缓蚀作用原理图
阴极缓蚀阻垢剂则是通过提高阴极反应的过电位、在金属表面形成化合物薄膜、吸收水中的溶解氧来达到的缓蚀效果(图3)。有时,阴离子缓蚀阻垢剂还可以提高氢离子放电的过电位来抑制氢离子的放电反应,降低氢离子的浓度,使其在金属表面的还原受阻,减缓腐蚀。


2.2
物理化学机理
2.2.1
吸附理论
吸附理论指缓蚀阻垢剂本身或次生产物吸附在金属表面上形成保护性的隔离层,或消除活性区,或改变双电层结构等,从而达到缓蚀的目的。吸附分为物理吸附和化学吸附两类。物理吸附主要靠库仑引力或范德华力,速度很快,过程是可逆的,多表现为阴极缓蚀,且吸附与金属表面电荷密切相关。而化学吸附是靠化学键实现的,属于近程吸附,它的速度同样很快,但却不可逆,多表现为阳极缓蚀。
研究表明物理吸附对化学吸附具有协同作用,因此很多缓蚀阻垢剂都表现为混合吸附的性质。
吸附型的缓蚀阻垢剂一般可包括胺类、表面活性剂、吡啶衍生物等,它们在不洁净的金属表面吸附并不好,因此对金属表面的洁净度要求严格,在酸性介质中的效果更佳。
2.2.2
成膜理论
缓蚀阻垢剂与金属作用生成钝化膜,或与介质中的离子反应生成沉积层以达到缓蚀的目的,一般分为氧化膜和沉积膜。铬酸盐、苯甲酸盐、亚硝酸盐等都属于氧化膜型缓蚀阻垢剂,膜薄而致密,能较好的附着在金属表面,防腐蚀效果良好。沉积膜有聚磷酸盐、锌盐等,膜厚且孔隙较多,因此与金属的附着性较差,缓蚀效果也并不理想。

3 结论
目前,缓蚀阻垢剂的应用已经非常广泛,希望通过本文,能够加深对缓蚀阻垢剂的分类和缓蚀机理的了解,并在缓蚀阻垢剂的选择时做出正确的判断。
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