韓建勛，葛紅花，葉明君，許賀麗

(上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200090)

工業(yè)冷卻水系統(tǒng)[1]在運(yùn)行過(guò)程中常常會(huì)遇到一些問(wèn)題，如結(jié)垢、腐蝕、微生物滋長(zhǎng)等，尤其是在濃縮倍率提高以后，這些問(wèn)題顯得尤為突出.目前，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中廣泛采用添加水處理劑的方式解決上述問(wèn)題，雖然阻垢緩蝕效果不錯(cuò)，但是考慮到經(jīng)濟(jì)成本和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，[2]這些藥劑的長(zhǎng)期使用將受到限制.而應(yīng)用電場(chǎng)、磁場(chǎng)進(jìn)行冷卻水處理的技術(shù)，成本低、無(wú)污染，往往可集阻垢、除垢、緩蝕、殺菌、滅藻等多種功能于一身，得到業(yè)界的廣泛關(guān)注和青睞.[3-4]

磁場(chǎng)水處理技術(shù)屬于物理水處理技術(shù)，由于其具有投資成本少、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在鍋爐及管道用水、工業(yè)循環(huán)冷卻水、中央空調(diào)冷卻用水等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.作為一種綠色環(huán)保的新型水處理技術(shù)，已經(jīng)在防垢與除垢應(yīng)用方面取得了一些令人滿(mǎn)意的成果，[5-7]但對(duì)金屬的腐蝕和緩蝕方面的研究還很少.因此，探討磁場(chǎng)水處理技術(shù)的緩蝕效果，拓寬磁處理的應(yīng)用范圍，具有十分重要的意義.本文主要研究了磁場(chǎng)和苯并三氮唑(BTA)的聯(lián)合作用對(duì)黃銅電極的緩蝕效果.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水為模擬冷卻水，其成分如表1所示.

表1 模擬冷卻水成分 mg/L

1.2 電極制備

實(shí)驗(yàn)材料為HSn70-1黃銅，將黃銅板材加工成工作面為1 cm2的試片，在工作面的背面焊上導(dǎo)線(xiàn)，用環(huán)氧樹(shù)脂封裝非工作面.實(shí)驗(yàn)前用0～6#砂紙逐級(jí)打磨試片工作面，然后用酒精脫脂，并用去離子水沖洗.

1.3 電化學(xué)測(cè)試

在CHI660電化學(xué)工作站上進(jìn)行交流阻抗譜和極化曲線(xiàn)測(cè)試，其中交流阻抗譜測(cè)試的頻率范圍為0.05～105Hz，交流激勵(lì)信號(hào)幅值為5 mV，極化曲線(xiàn)掃描速度為1 mV/s.測(cè)定時(shí)采用三電極體系，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極.

2 結(jié)果與討論

2.1 緩蝕劑BTA對(duì)黃銅電極緩蝕性能的影響

圖1為黃銅電極在含有不同濃度緩蝕劑BTA的模擬水中浸泡1 h后的極化曲線(xiàn).

由圖1可以看出，模擬水中BTA的加入起到了較好的緩蝕效果，極化曲線(xiàn)的陰陽(yáng)極極化率均出現(xiàn)增大，腐蝕電流密度降低.緩蝕劑濃度越大，黃銅電極的腐蝕電流密度Icorr越小.不含緩蝕劑時(shí)，Icorr為1.36 μA/cm2;緩蝕劑 BTA 的濃度為7 mg/L 時(shí)，Icorr為0.088 μA/cm2.緩蝕劑的加入使Icorr下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，顯示出較好的緩蝕效果.黃銅電極的陰極極化曲線(xiàn)和陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的塔菲爾斜率均隨著緩蝕劑濃度的增加而增大，這說(shuō)明BTA同時(shí)抑制了黃銅/模擬水腐蝕體系的陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng);同時(shí)，腐蝕電位發(fā)生負(fù)移，這說(shuō)明BTA對(duì)陰極反應(yīng)的抑制作用更強(qiáng).

圖1 黃銅電極在含不同濃度BTA的模擬水中浸泡1 h后的極化曲線(xiàn)

BTA對(duì)黃銅的緩蝕性能與電極的浸泡時(shí)間有較大關(guān)系，圖2為黃銅電極在 BTA濃度為3 mg/L的模擬水中浸泡不同時(shí)間后的極化曲線(xiàn).

圖2 黃銅電極在含3 mg/L BTA的模擬水中浸泡不同時(shí)間后的極化曲線(xiàn)

由圖2可以看出，在緩蝕劑濃度為3 mg/L時(shí)，黃銅電極的腐蝕電流密度Icorr隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，浸泡1 h時(shí)的Icorr為0.187 μA/cm2，浸泡8 h 后的Icorr為0.034 4 μA/cm2，降低了5 倍多，這說(shuō)明浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)使得BTA對(duì)黃銅的緩蝕性能提高.另外，陰極極化曲線(xiàn)和陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的塔菲爾斜率均隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，這說(shuō)明電極反應(yīng)阻力逐漸增大，浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)可以更有效地抑制黃銅/模擬水腐蝕體系的陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng).

2.2 磁處理對(duì)黃銅電極緩蝕性能的影響

經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的磁處理后，黃銅電極在模擬水中的Bode圖如圖3所示.

圖3 黃銅電極在不同磁處理時(shí)間后的模擬水中的Bode示意

2.3 磁場(chǎng)和BTA聯(lián)合作用時(shí)對(duì)黃銅電極緩蝕性能的影響

圖4為磁處理前后黃銅電極在模擬水中的極化曲線(xiàn).由圖4可以看出，磁處理和緩蝕劑聯(lián)合作用可以對(duì)黃銅起到更好的保護(hù)效果.經(jīng)過(guò)BTA和磁處理聯(lián)合作用后，腐蝕電流密度進(jìn)一步降低，由只有1 mg/L BTA時(shí)的0.275 μA/cm2降低到與磁處理聯(lián)合作用后的0.083 9 μA/cm2.同樣，磁處理和緩蝕劑聯(lián)合作用后，腐蝕體系的陰、陽(yáng)極反應(yīng)均受到抑制.

圖5為不同磁處理時(shí)間下黃銅電極的極化曲線(xiàn).由圖5可以看出，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，磁處理時(shí)間越長(zhǎng)，黃銅電極的腐蝕電流密度越會(huì)顯著減小.當(dāng)BTA濃度為1 mg/L時(shí)，腐蝕電流密度由空白實(shí)驗(yàn)的1.363 μA/cm2降低至0.017 62 μA/cm2，下降了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可見(jiàn)磁處理時(shí)間的延長(zhǎng)可以提高電極的緩蝕性能.

圖4 磁處理對(duì)黃銅電極極化曲線(xiàn)的影響

圖5 不同磁處理時(shí)間對(duì)黃銅電極極化曲線(xiàn)的影響

2.4 EDS分析

表2為黃銅電極在含7 mg/L BTA的模擬水中浸泡8 h后(磁處理前后)的EDS分析結(jié)果.

表2 黃銅表面的EDS分析結(jié)果 %

表2表明，在含BTA的溶液中，EDS圖譜顯示黃銅表面存在C，O，Cu，Zn等元素，其中以Cu和Zn元素為主，C的存在應(yīng)該與緩蝕劑在表面的吸附有關(guān).當(dāng)BTA與磁處理聯(lián)合作用時(shí)，黃銅表面的C和O含量顯著增加，如C含量由磁處理前的14.33%增加到磁處理后的48.36%，這說(shuō)明磁處理促進(jìn)了BTA在黃銅表面的吸附，提高了黃銅的耐蝕性能.

3 結(jié)論

(1)模擬水中BTA的加入使黃銅電極獲得了良好的緩蝕效果，在一定濃度范圍內(nèi)，緩蝕劑濃度越大，浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，緩蝕效果越好;BTA抑制了黃銅/模擬水腐蝕體系的陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng).

(2)磁處理可以在一定程度上促進(jìn)黃銅/模擬水體系的腐蝕速度.磁處理和BTA聯(lián)合作用時(shí)，腐蝕速度較緩蝕劑單獨(dú)作用時(shí)有進(jìn)一步下降;在一定時(shí)間范圍內(nèi)，延長(zhǎng)磁處理時(shí)間，可以提高黃銅電極的緩蝕性能.

(3)EDS分析顯示磁處理促進(jìn)了BTA在黃銅表面的吸附，使黃銅的耐蝕性能更強(qiáng).

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