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总体概况
冷却系统一般由热交换器、冷却塔、水泵及管道等部分组成,是一个以普通水作介质通过冷却塔循环冷却的敞开体系。水的温度变化和浓缩,水中的溶解氧的存在以及其他因素的联合作用容易引起设备的腐蚀,导致系统泄漏,使用寿命降低,腐蚀产物的积聚也会导致换热率下降、管道的堵塞甚至停机,为此有必要对循环冷却水系统进行防腐处理,缓蚀剂的种类很多,目前已研究应用了铬酸盐、锌盐、硼酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钨酸杂多酸盐、硅酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等无机缓蚀剂,有机磷系、有机胺系、有机羧酸系、唑系等有机缓蚀剂。
详细介绍
由于无机缓蚀剂都是一些较为传统的缓蚀剂,其缓蚀机理已经被大家所熟知,所以,在这里主要介绍有机缓蚀剂系列。
(1)有机磷
有机磷类缓蚀剂主要有膦酸及其衍生物、磷酸有机衍生物、亚磷酸酯和磷杂环化合物[11].现已经开发出氨基三亚基二膦酸、羟基亚乙基二膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五亚甲基膦酸、多元醇磷酸酯、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸等。有机磷系缓蚀剂与聚磷酸盐在许多方面相似,不易水解是其不同于后者的显著优点,特别适用于高硬度、高pH和高温下运行的水系统。既具有优异的缓蚀性能,又有优异的阻碳酸钙镁垢的作用,因而被广泛使用。Nalco公司推出一种马来酸与次磷酸盐在引发剂存在下,反应生长的低聚物缓蚀剂,具有良好的缓蚀效果[12].Kim[13]等研究了HEDP对冷却系统的钢材的缓蚀性能,其缓蚀效果良好。Touir[14]等研究了膦酸盐对冷却系统的普通钢的缓蚀作用。
(2)有机胺系
有机胺类化合物是缓蚀剂中应用最多的一类物质,脂肪胺、芳香胺、一元胺、二元胺与聚胺及其盐均被广泛应用于金属的缓蚀领域。二乙烯三胺五亚甲基膦酸(图5-3)是一种新型缓蚀剂,该产品有较长的碳链,提高了其相应的稳定性。若与锰离子复合对碳钢和铜合金有很好的缓蚀能力。二丁烯三胺国外20世纪90年代末期开始研究应用,到2000年底,美国产量已达2000t/a[15].Schmitt[16]等提出将聚琥珀先酰亚胺、乳糖酸等的衍生物作为抑制碳钢腐蚀的绿色缓蚀剂。
二乙烯三胺五亚甲基膦酸结构图
(3)有机羧酸系
目前研究开发的羧酸类缓蚀剂多数为脂肪族取代羧酸,主要应用于中性水介质。酰基肌氨酸合成原料容易得到,无毒性,易降解,不会造成环境污染,且pH适合范围很宽(6-11),具有很大的发展前途[17].周达江[18]等采用溶液共混技术,制备了季铵化腐植酸和膦基丙烯酸/马来酸酐共聚物的共混物,具有很好的阻垢、缓蚀能力,并有良好的灭藻作用。氨基酸是一种兼具有碱性氨基和酸性羧基的两性化合物,其不但可以通过蛋白质水解制得,而且在自然环境中能够全部分解,因而成为备受关注的绿色环保型缓蚀剂。作为无毒的环保型缓蚀剂具有广谱的实用性,可抑制碳钢、Al、Co、Ni、Cu等腐蚀,同时对防止金属的局部腐蚀也有较好的效果[19].
(4)唑系
苯并三氮唑是一种很好的铜和铜合金缓蚀剂。它不但能抑制金属基体上铜溶解进入水体中,而且能防止铜离子在钢、铝、锌及镀锌铁等金属上的沉积和黄铜的脱锌,此外苯并三氮唑对Fe、Zn和Sn也有缓蚀作用,在pH=6-10的区间缓蚀效率最高。Mahgoub[20]等研究了杂环化合物phenylpyrazolo [1,5-c]pyrimidine-7(6H)thione (Phenyl)等对铁合金的缓蚀作用,研究表明:杂环化合物对铁合金的缓蚀效率很高,达93.42%.张世超[21]等研制了一种具有多吸附中心的长链烷基咪唑类阳离子缓蚀剂,具有良好的缓蚀性能,并具有良好的杀菌性能。另外Bentise[22]设计合成了一种分子中含有两个噻吩基结构单元的三唑衍生物。Quraishi[23]等通过含有不同取代基的三唑化合物和芳香醛进行缩合,合成了一系列三唑衍生物缓蚀剂。由于这些缓蚀剂分子结构中包含三个氮原子的三唑环、巯基和甲亚胺基等多个活性吸附中心,因而表现出优异的缓蚀性能。