龐宏磊，崔廣華

(華北理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

目前，鹽酸是應(yīng)用最廣泛的酸洗介質(zhì)，具有酸洗容量大、速度快、不產(chǎn)生清脆、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)鋼鐵表面處理的各種行業(yè)[1]。但是鹽酸易造成金屬過(guò)度酸洗，易揮發(fā)，造成酸洗現(xiàn)場(chǎng)酸霧彌漫，尤其高溫酸洗現(xiàn)場(chǎng)，情況更為嚴(yán)重，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害人體健康[2]。

為解決這個(gè)難題，實(shí)驗(yàn)通過(guò)有機(jī)合成方法，采用油酸、二乙烯三胺及氯化芐合成得到油酸咪唑啉季銨鹽[3-5]。并結(jié)合表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)原理，進(jìn)行油酸咪唑啉季銨鹽與烏洛托品、1,4-丁炔二醇、葡萄糖酸鈉、OP-10的復(fù)配實(shí)驗(yàn)以研究其緩蝕和抑霧性能，并確定該復(fù)配藥劑的最佳使用濃度[6]。

1 材料與方法

1.1 儀器和藥品

油酸、二乙烯三胺、氯化芐、烏洛托品、1,4-丁炔二醇、葡萄糖酸鈉，OP-10，鹽酸等。電子天平、電子恒溫水箱、A3鋼試片、簡(jiǎn)易酸霧測(cè)定裝置、磁力攪拌恒溫電熱器、三頸燒瓶、蒸餾頭、直型冷凝管、尾接管、250℃溫度計(jì)、100℃溫度計(jì)等。

1.2 咪唑啉的制備

稱取一定質(zhì)量油酸放入三頸燒瓶中，加入一定量的三乙烯四胺，搖勻，裝好溫度計(jì)，用加熱套加熱，組裝好蒸餾裝置。在100～120 ℃下預(yù)熱1 h，之后升溫至180 ℃下反應(yīng)1 h，再升溫至210 ℃，反應(yīng)2 h，有水蒸出，說(shuō)明反應(yīng)已成環(huán)，得到咪唑啉。常溫冷卻。

1.3 咪唑啉的季銨化

將合成得到的油酸咪唑啉加入一定量的氯化芐和無(wú)水乙醇，在80～90 ℃下回流2h，得到油酸咪唑啉季銨鹽。

1.4 緩蝕試驗(yàn)和抑霧試驗(yàn)方法

用A3鋼試片烘干后稱重，放入60℃的除銹劑中浸4 h后，用水洗凈，吹干，稱重，按失重法求出腐蝕速率和緩蝕率：腐蝕速率=(M1-M2)/(S×t)，式中M1為試片實(shí)驗(yàn)前質(zhì)量，g；M2為試片試驗(yàn)后質(zhì)量，g；S為試片的面積，cm2；t為腐蝕時(shí)間，h。緩蝕率=(V1-V2)/V1×100%,式中V1為未加藥劑時(shí)的腐蝕速率，g/(m2×h);V2為加藥劑時(shí)腐蝕速率，g/(m2×h)。

用大氣采樣器采集酸液上方的空氣，通過(guò)NaOH溶液吸收，再用中和滴定法測(cè)量出氣體樣品中的酸含量，計(jì)算抑霧率：抑霧率=(V1-V0)/(V2-V0)×100%。

1.5 藥劑用量探測(cè)實(shí)驗(yàn)

1)配制20%鹽酸溶液，60℃下依次加入油酸咪唑啉季銨鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%、0.03%、0.05%、1%、2%、3%、不加藥劑的空白組。

2)用油酸咪唑啉季銨鹽與烏洛托品、1,4-丁炔二醇、葡萄糖酸鈉、OP-10按比例10∶3∶1∶1∶2復(fù)配，配制20%鹽酸溶液，60℃下依次加入油酸咪唑啉季銨鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%、0.03%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、不加藥劑的空白組。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成苯甲酸咪唑啉季銨鹽的基本物理性質(zhì)

表1 合成油酸咪唑啉季銨鹽基本物理性質(zhì)

2.2 油酸咪唑啉季銨鹽不同加藥濃度的數(shù)據(jù)及分析

不同加藥量的實(shí)驗(yàn)組對(duì)比空白組均有很好的緩蝕效果，通過(guò)表2中數(shù)據(jù)分析0.1%為最優(yōu)加藥量。開(kāi)始隨著加藥量的增加，緩蝕率由低到高變化。但當(dāng)超過(guò)0.1%時(shí)，緩蝕率出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這是由于加藥量在0.1左右時(shí)，油酸咪唑啉季銨鹽分子在鋼片表面形成了一層致密均勻的吸附膜，對(duì)鋼片的保護(hù)作用顯著。而當(dāng)加藥量超過(guò)這個(gè)最佳加藥濃度時(shí)，由于分子之間的排斥作用和溶劑化作用，使一些藥劑分子從鋼片表面脫附。另外，由于藥劑量過(guò)多使油酸咪唑啉季銨鹽分子在鋼片表面形成薄厚不等的吸附膜，在腐蝕過(guò)程中，這些成膜不均的吸附區(qū)域形成原電池效應(yīng)以電化學(xué)腐蝕的方式加速腐蝕反應(yīng)進(jìn)行，造成緩蝕效率降低。

表2 油酸咪唑啉季銨鹽在不同加藥濃度下的緩蝕率及抑霧率數(shù)據(jù)

2.3 復(fù)配劑不同加藥濃度的數(shù)據(jù)及分析

通過(guò)表3與表2中緩蝕率和抑霧率數(shù)據(jù)對(duì)比分析，復(fù)配后使用比油酸咪唑啉季銨鹽單獨(dú)使用時(shí)緩蝕性能和抑霧性能均有較大程度提高，各組分間產(chǎn)生正協(xié)同效應(yīng)。同時(shí)非離子表面活性劑OP-10的加入入使在酸液表面形成1 cm左右的穩(wěn)定泡沫層，大大降低了酸氣溢出，但是OP-10的加量要嚴(yán)格控制，入加過(guò)量會(huì)造成大量高溫酸液泡沫溢出容器，酸洗作業(yè)無(wú)法進(jìn)行。從表3中復(fù)配劑各濃度的緩蝕率和抑霧率數(shù)據(jù)來(lái)看，從綜合成本因素得出第5組0.1%最為合理，緩蝕率達(dá)到99.75%，抑霧率88.61%。

表3 復(fù)配劑在不同加藥濃度下的緩蝕率及抑霧率數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

綜合以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

(1)油酸咪唑啉季銨鹽有很好的緩蝕抑霧作用，在60℃ 20%HCl中溶液中最佳加藥濃度為0.1%，緩蝕率99.57%，抑霧率78.37%。

(2)油酸咪唑啉季銨鹽、烏洛托品、1,4-丁炔二醇、葡萄糖酸鈉、OP-10有協(xié)同作用，可不同程度的提高緩蝕率和抑霧率。

(3)復(fù)配劑(油酸咪唑啉季銨鹽與烏洛托品、1,4-丁炔二醇、葡萄糖酸鈉、OP-10比例為10∶3∶1∶1∶2)加藥量為0.1%時(shí)，緩蝕率達(dá)到99.75%，抑霧率達(dá)到88.61%。該配方通過(guò)了酸洗廠的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，促酸洗、廢酸處理等各方面指標(biāo)滿足生產(chǎn)需求且成本較低，可在酸洗行業(yè)推廣使用。