中堿度中硬度水質(zhì)是一類堿度和硬度均處于中等程度的水質(zhì)，其RSI范圍廣，從結(jié)垢到腐蝕型均有。應用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后，腐蝕特征基本表現(xiàn)為垢下腐蝕。我國華北區(qū)域的水體因為降水量偏少屬于中堿度中硬度水質(zhì)，該地區(qū)大多數(shù)工廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)都使用這種水質(zhì)。

　　根據(jù)中堿中硬水質(zhì)的腐蝕特點，使用此類水質(zhì)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)大都采用兼具緩蝕與阻垢功效的磷系配方，以控制換熱管表面垢下腐蝕的發(fā)生。由于水質(zhì)原因，現(xiàn)場使用的磷系配方磷用量較高，對后續(xù)的循環(huán)水排污造成很大限制，必須經(jīng)過處理才能排放。因此開發(fā)對環(huán)境不造成破壞的環(huán)保型緩蝕劑，是解決工業(yè)現(xiàn)場循環(huán)水排放問題的有效解決手段。近年來，國內(nèi)外在低磷及無磷水處理藥劑上有不少成果，如聚天冬氨酸(PASP)和聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)為主體的無磷緩蝕阻垢劑〔1, 2〕，但其主要偏向于阻垢，緩蝕性能達不到應用要求。

　　筆者用脂肪酸和氨基羧酸鹽作原料，采用脫水縮合法?；铣闪艘环N酰胺型無磷緩蝕劑，具有可生物降解性、生物友好性和優(yōu)秀的緩蝕性能。通過紅外光譜對藥劑進行表征，并在中堿度中硬度水質(zhì)條件下，通過旋轉(zhuǎn)掛片失重法和電化學阻抗譜研究該酰胺類無磷緩蝕劑對A3碳鋼(Q235)的緩蝕性能。

　　1 試驗部分

　　1.1 試驗材料及測試介質(zhì)

　　測試材料為Q235碳鋼，其成分見表 1。

　　取Q235碳鋼試樣依次用丙酮、無水乙醇擦拭，冷風吹干備用。

　　選取華北地區(qū)天津某工廠的現(xiàn)場循環(huán)冷卻系統(tǒng)進水為測試水樣，經(jīng)活性炭和精濾去除雜質(zhì)后，測定水質(zhì)情況，見表 2。

　　1.2 試驗藥劑與儀器

　　藥劑：酰胺類無磷緩蝕劑(自制)，市售磷系藥劑A、低磷藥劑B、硫酸、氫氧化鈉、丙酮、無水乙醇。

　　儀器：RCC-Ⅱ型旋轉(zhuǎn)掛片儀，高郵市秦郵儀器化工有限公司;Versa STAT多通道電化學工作站，美國普林斯頓。

　　1.3 試驗方法

　　(1)旋轉(zhuǎn)掛片失重法依照中國石化總公司發(fā)布的《冷卻水分析和試驗方法》進行測試。

　　(2)電化學測試采用電化學阻抗譜法(EIS)：采用三電極體系，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，工作電極為Q235碳鋼試樣，測試面積為1 cm2。EIS測量在開路電位下進行，測量頻率范圍為15 kHz～10 mHz，施加幅值為5 mV的正弦擾動。測試電極在待測液中浸泡40 min后進行試驗，測試溫度恒定為25 ℃。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 紅外譜圖分析

　　合成的酰胺類無磷緩蝕劑的紅外譜圖見圖 1。

 圖 1 酰胺類無磷緩蝕劑的紅外光譜

　　由圖 1可知，723 cm-1附近為長鏈烷基特征吸收峰;1 395、1 608 cm-1為羧酸鹽特征吸收峰;在1 631cm-1附近出現(xiàn)了O=C-N的酰胺基團特征吸收峰;2 848、2 922 cm-1為-CH3特征吸收峰。結(jié)果表明，合成的產(chǎn)物為具有酰胺官能團的脂肪羧酸鹽類化合物。

　　2.2 酰胺類無磷緩蝕劑對中堿中硬水的緩蝕性能

　　配制不同質(zhì)量濃度(0～100 mg/L)的酰胺類無磷緩蝕藥劑，進行72 h旋轉(zhuǎn)掛片失重試驗，得到無磷緩蝕藥劑的梯度質(zhì)量濃度緩蝕性能數(shù)據(jù)，見圖 2。

 圖 2 無磷緩蝕藥劑梯度質(zhì)量濃度測試 

　　從圖 2可以看出，隨著酰胺類無磷緩蝕劑的使用質(zhì)量濃度逐漸增加，碳鋼試片的腐蝕速度逐漸下降。從30 mg/L開始，藥劑在達到緩蝕效果增長的臨界闕值點后，繼續(xù)增加藥劑用量腐蝕速度降低緩慢。酰胺類緩蝕劑屬于吸附型緩蝕劑，分子通過極性基團在金屬表面吸附成膜，再通過非極性基團在外圍形成單分子層的疏水膜，隔絕水分子與金屬的接觸，達到緩蝕效果。

　　2.3 酰胺類無磷緩蝕劑復合配方研究

　　根據(jù)軟硬酸堿理論〔3〕，酰胺類無磷緩蝕劑屬于軟堿，軟堿與軟酸(即水中裸露的基體Fe)發(fā)生直接吸附，形成穩(wěn)定的單分子層，隔絕水和金屬的接觸，從而達到緩蝕目的。但在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的管路表面同時存在多種價態(tài)的金屬，根據(jù)“硬親硬，軟親軟，軟硬結(jié)合不穩(wěn)定，軟硬交界就不管”的規(guī)則〔4, 5〕，要防止腐蝕的進一步發(fā)生，還需要硬堿與中間堿的配合使用。

　　按照軟硬酸堿對應規(guī)則并進行大量正交試驗，筆者使用酰胺化合物、多羥基化合物、多羧酸聚合物等化合物，篩選出一種在中堿中硬水質(zhì)中具有較好阻垢和緩蝕效果的酰胺類無磷緩蝕劑復合配方。

　　(1)復合配方的旋轉(zhuǎn)掛片測試研究。在中堿度中硬度水質(zhì)中，對比測試了酰胺類無磷緩蝕劑復合配方和市售常見磷系緩蝕劑的緩蝕性能，結(jié)果見圖 3。

 圖 3 酰胺類無磷緩蝕劑及市售磷系藥劑的緩蝕效果比較 

　　從圖 3可以看出，通過復配增效，酰胺類無磷緩蝕劑復合配方相比單劑在緩蝕性能上有較大提高，且生效闕值降低至10 mg/L。在40 mg/L的使用量下就能夠達到石化行業(yè)腐蝕控制標準：A3碳鋼年腐蝕速率≤0.075 mm/a。與市售磷系藥劑進行平行比對，酰胺類無磷緩蝕劑復合配方在中堿度中硬度水質(zhì)中的緩蝕性能能夠達到磷系配方的緩蝕性能水平，可以滿足現(xiàn)場應用需求。

　　(2)復合配方的電化學測試研究。采用電化學阻抗法對酰胺類無磷緩蝕劑復合配方進行測試，并與市售磷系藥劑商品進行對比，根據(jù)失重法(旋轉(zhuǎn)掛片法)結(jié)果選取30、50 mg/L兩個投加量進行電化學測試，結(jié)果如圖 4所示。

 圖 4 磷系藥劑和酰胺類無磷緩蝕劑復合配方的EIS測試結(jié)果

　　通過交流阻抗譜圖對極化電阻Rp進行比較。其中Rp越小，腐蝕速率越快。圖 4中30 mg/L投加量下2種磷系藥劑的Rp很大程度上低于無磷藥劑配方的Rp;而投加量達到50 mg/L后，3種藥劑的Rp均有較大的提高。通過比較可以看出，在30、50 mg/L這2個質(zhì)量濃度下，Rp最大的均為無磷緩蝕復合配方，這是由于其吸附膜的電阻要高于磷系藥劑的沉積膜，且完整度更高。

　　3 結(jié)論

　　(1)通過紅外譜圖驗證所合成的無磷緩蝕劑為酰胺類脂肪族化合物。

　　(2)酰胺類無磷緩蝕劑在中堿中硬水質(zhì)體系中具有良好的緩蝕性能，與其他藥劑的協(xié)同效果好，經(jīng)復配后得到的無磷緩蝕復合配方具有更好的中堿度中硬度水質(zhì)緩蝕效果。

　　(3)在中堿中硬水質(zhì)體系中，酰胺類無磷緩蝕復合配方的緩蝕性能等同于磷系藥劑，能夠有效地替代中堿中硬水質(zhì)條件下的磷系藥劑，旋轉(zhuǎn)掛片失重法和電化學阻抗法的測試結(jié)果均驗證了酰胺類無磷緩蝕劑的緩蝕效果。