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)行過程中常常會(huì)遇到一些問題，如結(jié)垢、腐蝕、微生物滋長等，尤其是在濃縮倍率提高以后，這些問題顯得尤為突出.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]這些藥劑的長期使用將受到限制.而應(yīng)用電場、磁場進(jìn)行冷卻水處理的技術(shù)，成本低、無污染，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，用環(huán)氧樹脂封裝非工作面.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)測試

在CHI660電化學(xué)工作站上進(jìn)行交流阻抗譜和極化曲線測試，其中交流阻抗譜測試的頻率范圍為0.05～105Hz，交流激勵(lì)信號(hào)幅值為5 mV，極化曲線掃描速度為1 mV/s.測定時(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.

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，極化曲線的陰陽極極化率均出現(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和陽極極化曲線的塔菲爾斜率均隨著緩蝕劑濃度的增加而增大，這說明BTA同時(shí)抑制了黃銅/模擬水腐蝕體系的陽極反應(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

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.

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

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，這說明浸泡時(shí)間的延長使得BTA對(duì)黃銅的緩蝕性能提高.另外，陰極極化曲線和陽極極化曲線的塔菲爾斜率均隨著浸泡時(shí)間的延長而增大，這說明電極反應(yīng)阻力逐漸增大，浸泡時(shí)間的延長可以更有效地抑制黃銅/模擬水腐蝕體系的陽極反應(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.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.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，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)，可見磁處理時(shí)間的延長可以提高電極的緩蝕性能.

圖4 磁處理對(duì)黃銅電極極化曲線的影響

圖5 不同磁處理時(shí)間對(duì)黃銅電極極化曲線的影響

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，緩蝕效果越好;BTA抑制了黃銅/模擬水腐蝕體系的陽極反應(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).

[1]周本省.工業(yè)水處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:10-15.

[2]賈豐春，李自托，董泉玉.工業(yè)循環(huán)冷卻水阻垢劑研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工業(yè)水處理，2006，(26):12-14

[3]陳璨.基于電磁場的除垢防垢技術(shù)研究[D].東營:中國石油大學(xué)，2008.

[4]吳智慧，陳永昌，邢小凱，等.電磁抗垢機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù)，2006，32(4):49-52.

[5]LIBURKIN V G，KONDRATEV B S，PAVLYUKOVA T S.Action of magnetic treatment of water on structure formation of gypsum[J].Glass Ceram，1986(1):101-105

[6]龔曉明，葛紅花，劉蕊.磁場水處理阻垢機(jī)理及其應(yīng)用研究[J].工業(yè)水處理，2010，8(30):10-14.

[7]張娟，李周，陳暢，等.BTA及其復(fù)配銅緩蝕劑的研究進(jìn)展[J].中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，9(22):83-85.