硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑對20 碳鋼的緩蝕性能研究

王永壘，李海云，方紅霞，徐先剛

(1.黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山 245041;2.常州聯江環保科技有限公司，江蘇 常州 213164)

金屬腐蝕問題遍及國民經濟和國防建設各個部門，給人們的生產和生活都帶了一定的損失和不便［1］。近年來，腐蝕問題也越來越受到人們的重視［2-3］，金屬腐蝕最嚴重的領域主要在金屬設備的清洗，目前，用于酸洗領域中的化學緩蝕劑種類繁多［4-6］，硫脲和硫氰酸鉀就是其中重要的品種。本文借助靜態失重法研究了硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的最佳緩蝕配方及其在5%鹽酸、5%硫酸及5%硝酸溶液中對20 碳鋼的緩蝕性能，通過二者的搭配使用，能夠較好的發揮二者的協同緩蝕作用從而提高緩蝕效率，在工業上有一定的指導意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

硫脲、硫氰酸鉀、鹽酸、硫酸、硝酸均為分析純;20 碳鋼腐蝕掛片(28 cm2)。

LK2006A 型電化學工作站。

1.2 失重實驗及緩蝕率的計算

恒溫40 ℃的條件下，將20 碳鋼掛片放入含不同濃度緩蝕劑的腐蝕溶液中浸泡一段時間(5%鹽酸，2 h;5%硫酸，2 h;5%硝酸，0.5 h)，每組3 個平行樣;腐蝕時間到了以后，取出試樣，依次用蒸餾水、酒精和丙酮清洗，冷干后稱重。按公式計算20 碳鋼掛片的腐蝕速率:式中 v——腐蝕速率，g/(m2·h);

Δw——腐蝕失重實驗前后試樣的質量差，g;

S——試樣的表觀面積，m2;

t——浸泡實驗時間，h。

緩蝕劑對20 碳鋼材質在不同腐蝕介質中的緩蝕率計算如下:

式中 η——緩蝕劑的緩蝕率，%;

v1，v0——20 碳鋼腐蝕掛片在添加緩蝕劑及空白溶液下的腐蝕速率，g/(m2·h)。

2 結果與討論

2.1 3 種酸溶液中硫脲與硫氰酸鉀的質量比對20碳鋼的緩蝕性能

圖1 是硫脲與硫氰酸鉀的質量比分別在5%鹽酸、5%硫酸及5%硝酸溶液中對20 碳鋼材質緩蝕性能的影響。

圖1 3 種酸溶液中硫脲與硫氰酸鉀的質量比對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.1 Corrosion inhibition performance of the weight ratio of thiourea to potassium thiocyanate on the 20 carbon steel in three acid solution

由圖1 可知，在固定該復合緩蝕劑的添加量為0.2%時，總體上是該復合緩蝕劑在5%硝酸溶液中對20 碳鋼的緩蝕性能要明顯優于其在5%鹽酸及5%硫酸溶液中對20 碳鋼的緩蝕性能。在5%鹽酸及5%硫酸溶液，隨著硫脲與硫氰酸鉀質量比的增加，其對20 碳鋼的緩蝕率均呈現著先增加而后減少的趨勢，對于5%鹽酸溶液來說，當硫脲與硫氰酸鉀的質量比為7∶3 時，其對20 碳鋼的緩蝕性能最好，緩蝕率達到了85.1%，而對于5%硫酸溶液來說，當硫脲與硫氰酸鉀的質量比為5∶5 時，其對20 碳鋼的緩蝕率達到了87.3%。在5%硝酸溶液中，無論硫脲與硫氰酸鉀的質量比是多少，產品的緩蝕率均在90%以上，這說明無論是硫脲還是硫氰酸鉀，其對于硝酸腐蝕介質的緩蝕能力都比較優良，在實驗中，隨著硫脲與硫氰酸鉀質量比的增加，其對20 碳鋼的緩蝕率呈現輕微增加而后變化不明顯的趨勢，當硫脲與硫氰酸鉀的質量比為7∶3 時，其對20 碳鋼的緩蝕率就已經達到了99%，繼續增大硫脲與硫氰酸鉀的質量比，其對20 碳鋼在5%硝酸溶液中的緩蝕率貢獻不大。因此，對于5%鹽酸和5%硝酸溶液來說，復合緩蝕劑硫脲與硫氰酸鉀最佳的質量比為7 ∶3，對于5%硫酸溶液來說，復合緩蝕劑硫脲與硫氰酸鉀合適的質量比為5∶5。

2.2 5%鹽酸中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能

5%鹽酸中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能的影響，見圖2。

圖2 5%鹽酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.2 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the 20 carbon steel in 5% HCl solution

由圖2 可知，當固定硫脲與硫氰酸鉀質量比為7∶3 時，隨著該復合緩蝕劑量的增加，其對20 碳鋼材質在5%鹽酸溶液中的緩蝕率呈現先增加而后下降的趨勢。當硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量為0.2%時，其對20 碳鋼掛片在5%鹽酸中的緩蝕率達到了85.1%，繼續增加緩蝕劑的添加量，其對20 碳鋼在5%鹽酸中的緩蝕率出現下降。可能的原因是當該復合緩蝕劑量不足的時候，其在20 碳鋼腐蝕掛片的表面無法形成完整的緩蝕膜，腐蝕速度很快，隨著復合緩蝕劑量的增加，緩蝕膜層逐漸完整，其對20 碳鋼掛片的緩蝕率急劇增加。然而，過量的緩蝕劑分子可能會在碳鋼掛片的表面形成多層吸附，會降低20 碳鋼掛片表面保護膜層的疏水性及產生脫附現象，此時20 碳鋼材質的緩蝕率出現明顯下降。因而，最佳的硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.3 5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能

5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能的影響，見圖3。

圖3 5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.3 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the carbon steel in 5% H2SO4 solution

由圖3 可知，當固定硫脲與硫氰酸鉀質量比為5∶5 時，隨著該復合緩蝕劑量的增加，其對20 碳鋼材質的緩蝕率呈現先增加而后下降的趨勢。在硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量為0.2%時，其對20 碳鋼在5%硫酸溶液中的緩蝕率達到最大，為87.3%，此后隨著該復合緩蝕劑的增加，其對20 碳鋼材質的緩蝕率出現輕微的下降趨勢，這可能是由于在復合緩蝕劑添加量比較少的時候，無法在20 碳鋼腐蝕掛片的表面形成完整的緩蝕膜，緩蝕率較低，隨著復合緩蝕劑的增加，其對碳鋼的緩蝕率進一步增加。然而，過量的緩蝕劑分子可能會在20 碳鋼掛片的表面形成多層吸附，進而導致緩蝕膜層發生部分脫附，導致20 碳鋼的緩蝕率略微下降。因此，在5%硫酸溶液中，最佳的硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.4 5%硝酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能

由圖4 可知，當選用硫脲與硫氰酸鉀質量比為7∶3 時，隨著該復合緩蝕劑量的增加，其對20 碳鋼材質在5%硝酸溶液中的緩蝕率呈現先增加而后下降的趨勢。在硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量為0.15%時，其對20 碳鋼在5%硝酸溶液中的緩蝕率就已達到99%，繼續增加該復合緩蝕劑，其對20碳鋼材質的緩蝕率沒有明顯增加。這可能是由于該復合緩蝕劑成分硫脲和硫氰酸鉀都是性能優良的硝酸緩蝕劑的緣故。因此，在5%硝酸溶液中，適宜的硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量為0.15%。

圖4 5%硝酸溶液中硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量對20 碳鋼的緩蝕性能Fig.4 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the carbon steel in 5% HNO3 solution

3 結論

(1)硫脲和硫氰酸鉀不同質量比對20 碳鋼的緩蝕性能結果表明:在5%鹽酸及5%硝酸溶液中，硫脲與硫氰酸鉀最佳的質量比為7∶3，在5%硫酸溶液中，硫脲與硫氰酸鉀最佳的質量比為5∶5。

(2)硫脲/硫氰酸鉀復合緩蝕劑的添加量在3種酸液中對20 碳鋼的緩蝕結果表明:在5%鹽酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸鉀=7 ∶3 的質量比，最佳的復合緩蝕劑添加量為0.2%，其對20 碳鋼的緩蝕率為85.1%;在5%硫酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸鉀=5 ∶5 的質量比，最佳的復合緩蝕劑添加量為0.2%，其對20 碳鋼的緩蝕率為87.3%;在5%硝酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸鉀=7 ∶3 的質量比，最佳的復合緩蝕劑添加量為0.15%，其對20 碳鋼的緩蝕率為99%。

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