二乙醇胺在酸洗介質(zhì)中對碳鋼的緩蝕性能研究*

艾武全，王永壘，，楊志萍，許 濤，徐葉平

（1．黃山華惠科技有限公司，安徽 黃山245061；2．黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽黃山245041）

二乙醇胺在酸洗介質(zhì)中對碳鋼的緩蝕性能研究*

艾武全1，王永壘1，2，楊志萍1，許 濤2，徐葉平2

（1．黃山華惠科技有限公司，安徽 黃山245061；2．黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽黃山245041）

借助靜態(tài)質(zhì)量損失法研究二乙醇胺作為緩蝕劑在質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%的氫氟酸、鹽酸、硫酸和硝酸中對Q235A鋼和20號碳鋼的緩蝕性能，確定了二乙醇胺在上述酸介質(zhì)中的最佳量。結(jié)果表明，二乙醇胺在質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%的氫氟酸、鹽酸和硫酸介質(zhì)中對Q235A鋼和20號碳鋼均有較好的緩蝕作用，緩蝕率均在80%以上。

二乙醇胺 靜態(tài)質(zhì)量損失法 Q235A鋼 20號碳鋼

在工業(yè)除銹及化工設(shè)備電鍍前的酸洗環(huán)節(jié)，為了避免金屬腐蝕，最常用的方法就是加入酸洗緩蝕劑［1-4］。其中，咪唑啉類緩蝕劑［5-8］作為傳統(tǒng)型的產(chǎn)品，具有高效、低毒的特點，屬于一類性能優(yōu)良的緩蝕劑而廣泛使用。其性能優(yōu)良的原因［9-10］在于咪唑啉的N和O基團可以在金屬表面形成良好的吸附層，從而阻止酸液對其的接觸腐蝕。而二乙醇胺作為小分子多官能的化合物，同時具備N和O基團，可以在金屬表面形成良好吸附，可用于金屬防銹使用。因此，該試驗借助靜態(tài)質(zhì)量損失法研究了二乙醇胺在40℃條件下分別在工業(yè)常用酸洗介質(zhì)（如質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%的氫氟酸、鹽酸、硫酸及硝酸）中對Q235A鋼和20號碳鋼的緩蝕性能，并確定二乙醇胺在上述酸性環(huán)境中的最佳使用量，從而為其工業(yè)緩蝕應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 試驗部分

1．1 試驗材料

二乙醇胺為工業(yè)品，鹽酸、硫酸和硝酸均為分析純，Q235A鋼和20號碳鋼腐蝕掛片。

1．2 緩蝕性能評價

在40℃下，分別將Q235A鋼和20號碳鋼掛片放入含二乙醇胺緩蝕劑的酸洗介質(zhì)中浸泡一段時間（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸，2 h；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸，2 h；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硫酸，2 h；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硝酸，0．5 h），每組三個平行樣；腐蝕試驗結(jié)束后，取出試樣，依次用蒸餾水、酒精和丙酮清洗，冷干后稱質(zhì)量。按式（1）計算Q235A鋼及20號碳鋼掛片的腐蝕速率，

式中：v為腐蝕速率，g／（m2·h）；Δw為腐蝕質(zhì)量損失試驗前后試樣的質(zhì)量差，g；S為試樣的表觀面積，m2；t為浸泡試驗時間，h。

二乙醇胺緩蝕劑對Q235A鋼和20號碳鋼材質(zhì)在不同腐蝕介質(zhì)中的緩蝕率計算如下：

式中：η為緩蝕劑的緩蝕率，%；v1，v0分別為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(jié)果與討論

2．1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸中二乙醇胺對碳鋼的緩蝕性能見圖1。從圖1可以看出，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸中，隨著二乙醇胺添加量的增加，其對Q235A鋼及20號碳鋼的緩蝕性能呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。當(dāng)二乙醇胺的添加量為0．3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，其對Q235A鋼掛片在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸中的緩蝕率達(dá)到了89%，對20號碳鋼掛片在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸中的緩蝕率達(dá)到了94%，幾乎達(dá)到最大。這可能是由于二乙醇胺在碳鋼掛片的表面已經(jīng)形成了完整的保護膜所致。因此，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸介質(zhì)中，適宜二乙醇胺作為緩蝕劑，其適宜的添加量為0．3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

圖1 在氫氟酸中的緩蝕性能

2．2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸中二乙醇胺的含量對碳鋼的緩蝕性能見圖2。從圖2可以看出，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸中，隨著二乙醇胺含量的增加，其對Q235A鋼及20號碳鋼在鹽酸溶液中的緩蝕率均出現(xiàn)先增加較快而后變化不明顯的趨勢。當(dāng)二乙醇胺的添加量為0．35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，其對Q235A鋼和20號碳鋼掛片的緩蝕率都達(dá)到最大，分別為85%和91%，繼續(xù)增加二乙醇胺的添加量，其對Q235A鋼和20號碳鋼在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸中的緩蝕效果增加不明顯。當(dāng)二乙醇胺添加量不足時，碳鋼表面形成的保護膜不完整，二乙醇胺量的進(jìn)一步增加，碳鋼表面形成的保護膜逐漸完整，緩蝕率急劇增加。因此，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸介質(zhì)中，適宜的二乙醇胺緩蝕劑的添加量為0．35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

圖2 在鹽酸中的緩蝕性能

2．3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硫酸

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硫酸中二乙醇胺的添加量對Q235A鋼和20號碳鋼的緩蝕性能見圖3。從圖3可以看出，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硫酸溶液中，隨著二乙醇胺添加量的增加，緩蝕率出現(xiàn)先增加較快而后增加不明顯的趨勢。當(dāng)二乙醇胺的添加量為0．25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，緩蝕率達(dá)到最大，分別為92%和93%，繼續(xù)增大二乙醇胺的添加量，緩蝕率增加不明顯。綜合考慮，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硫酸溶液中，二乙醇胺適宜的添加量為0．25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

圖3 在硫酸中的緩蝕性能

2．4 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硝酸

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硝酸介質(zhì)中二乙醇胺對碳鋼的緩蝕性能見圖4。

圖4 在硝酸中的緩蝕性能

從圖4可知，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硝酸介質(zhì)中，對Q235A鋼及20號碳鋼的緩蝕效率均隨著其添加量的增加而增大，最后呈平緩趨勢。當(dāng)二乙醇胺的添加量為0．3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，緩蝕率達(dá)到最大，分別為58%和62%。綜合考慮二乙醇胺在硝酸介質(zhì)中緩蝕性能一般，這是因為硝酸作為一種氧化性酸，對小分子結(jié)構(gòu)的緩蝕劑有破壞作用，從而導(dǎo)致其緩蝕效率下降。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硝酸介質(zhì)中，適宜的二乙醇胺緩蝕劑的添加量為0．3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

3 結(jié) 論

（1）對于Q235A及20號碳鋼材質(zhì)來說，二乙醇胺在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氫氟酸、鹽酸、硫酸和硝酸中，均有一定的緩蝕效果。其中，在氫氟酸、鹽酸和硫酸中緩蝕性能較好，在硝酸中緩蝕性能一般。

（2）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%氫氟酸中，最佳的添加量為0．3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其對Q235A鋼及20號碳鋼的緩蝕率分別為89%和94%；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鹽酸溶液中，最佳的添加量為0．35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），緩蝕率分別為85%和91%；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硫酸溶液中，最佳的添加量為0．25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其緩蝕率分別為92%和93%；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%硝酸溶液中，最佳的添加量為0．3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其緩蝕率分別為58%和62%。

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Study on Corrosion Inhibition Performance of Diethanolamine on Carbon Steel in Acid Medium

Ai Wuquan1，Wang Yonglei1，2，Yang Zhiping1，Xu Tao2，Xu Yeping2
（1．Huangshan Huahui Technology Co．，Ltd．，Huangshan 245061，China；2．Chemical Engineering Institute of Huangshan University，Huangshan 245041，China）

Corrosion inhibition performance of diethanolamine on Q235A steel and 20＃carbon steels in each solution with acid content of 3% （hydrofluoric acid，hydrochloric acid，sulphuric acid and nitric acid）was studied with static weight loss method．The optimal amount of diethanolamine in above acid solutions was determined．The results showed that corrosion inhibition performance of diethanolamine was obvious in hydrofluoric acid，hydrochloric acid or sulphuric acid，and all inhibition rates were over 80%．

diethanolamine，static weight loss method，Q235A steel，20＃carbon steel

2017-05-16；修改稿收到日期：2017-09-18。

艾武全（1963—），工程師，主要從事粉末涂料助劑的開發(fā)研究。E-mail：awq＠huahuichem．com

王永壘（1983—），博士，黃山學(xué)院講師，主要從事精細(xì)有機化工助劑的開發(fā)研究。E-mail：201755036＠qq．com

安徽省級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（201510375015）；黃山學(xué)院校級項目（2015xkjq002）。

（編輯 張向陽）