磁场作用下苯并三氮唑对黄铜的缓蚀性能研究

韩建勋，葛红花，叶明君，许贺丽

(上海电力学院环境与化学工程学院，上海 200090)

工业冷却水系统[1]在运行过程中常常会遇到一些问题，如结垢、腐蚀、微生物滋长等，尤其是在浓缩倍率提高以后，这些问题显得尤为突出.目前，循环冷却水系统中广泛采用添加水处理剂的方式解决上述问题，虽然阻垢缓蚀效果不错，但是考虑到经济成本和对环境保护的要求，[2]这些药剂的长期使用将受到限制.而应用电场、磁场进行冷却水处理的技术，成本低、无污染，往往可集阻垢、除垢、缓蚀、杀菌、灭藻等多种功能于一身，得到业界的广泛关注和青睐.[3-4]

磁场水处理技术属于物理水处理技术，由于其具有投资成本少、运行维护费用低、绿色环保等优点，在锅炉及管道用水、工业循环冷却水、中央空调冷却用水等领域得到了广泛应用.作为一种绿色环保的新型水处理技术，已经在防垢与除垢应用方面取得了一些令人满意的成果，[5-7]但对金属的腐蚀和缓蚀方面的研究还很少.因此，探讨磁场水处理技术的缓蚀效果，拓宽磁处理的应用范围，具有十分重要的意义.本文主要研究了磁场和苯并三氮唑(BTA)的联合作用对黄铜电极的缓蚀效果.

1 实验部分

1.1 实验用水

实验用水为模拟冷却水，其成分如表1所示.

表1 模拟冷却水成分 mg/L

1.2 电极制备

实验材料为HSn70-1黄铜，将黄铜板材加工成工作面为1 cm2的试片，在工作面的背面焊上导线，用环氧树脂封装非工作面.实验前用0～6#砂纸逐级打磨试片工作面，然后用酒精脱脂，并用去离子水冲洗.

1.3 电化学测试

在CHI660电化学工作站上进行交流阻抗谱和极化曲线测试，其中交流阻抗谱测试的频率范围为0.05～105Hz，交流激励信号幅值为5 mV，极化曲线扫描速度为1 mV/s.测定时采用三电极体系，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极.

2 结果与讨论

2.1 缓蚀剂BTA对黄铜电极缓蚀性能的影响

图1为黄铜电极在含有不同浓度缓蚀剂BTA的模拟水中浸泡1 h后的极化曲线.

由图1可以看出，模拟水中BTA的加入起到了较好的缓蚀效果，极化曲线的阴阳极极化率均出现增大，腐蚀电流密度降低.缓蚀剂浓度越大，黄铜电极的腐蚀电流密度Icorr越小.不含缓蚀剂时，Icorr为1.36 μA/cm2;缓蚀剂 BTA 的浓度为7 mg/L 时，Icorr为0.088 μA/cm2.缓蚀剂的加入使Icorr下降了一个数量级以上，显示出较好的缓蚀效果.黄铜电极的阴极极化曲线和阳极极化曲线的塔菲尔斜率均随着缓蚀剂浓度的增加而增大，这说明BTA同时抑制了黄铜/模拟水腐蚀体系的阳极反应和阴极反应;同时，腐蚀电位发生负移，这说明BTA对阴极反应的抑制作用更强.

图1 黄铜电极在含不同浓度BTA的模拟水中浸泡1 h后的极化曲线

BTA对黄铜的缓蚀性能与电极的浸泡时间有较大关系，图2为黄铜电极在 BTA浓度为3 mg/L的模拟水中浸泡不同时间后的极化曲线.

图2 黄铜电极在含3 mg/L BTA的模拟水中浸泡不同时间后的极化曲线

由图2可以看出，在缓蚀剂浓度为3 mg/L时，黄铜电极的腐蚀电流密度Icorr随着浸泡时间的延长而降低，浸泡1 h时的Icorr为0.187 μA/cm2，浸泡8 h 后的Icorr为0.034 4 μA/cm2，降低了5 倍多，这说明浸泡时间的延长使得BTA对黄铜的缓蚀性能提高.另外，阴极极化曲线和阳极极化曲线的塔菲尔斜率均随着浸泡时间的延长而增大，这说明电极反应阻力逐渐增大，浸泡时间的延长可以更有效地抑制黄铜/模拟水腐蚀体系的阳极反应和阴极反应.

2.2 磁处理对黄铜电极缓蚀性能的影响

经过不同时间的磁处理后，黄铜电极在模拟水中的Bode图如图3所示.

图3 黄铜电极在不同磁处理时间后的模拟水中的Bode示意

2.3 磁场和BTA联合作用时对黄铜电极缓蚀性能的影响

图4为磁处理前后黄铜电极在模拟水中的极化曲线.由图4可以看出，磁处理和缓蚀剂联合作用可以对黄铜起到更好的保护效果.经过BTA和磁处理联合作用后，腐蚀电流密度进一步降低，由只有1 mg/L BTA时的0.275 μA/cm2降低到与磁处理联合作用后的0.083 9 μA/cm2.同样，磁处理和缓蚀剂联合作用后，腐蚀体系的阴、阳极反应均受到抑制.

图5为不同磁处理时间下黄铜电极的极化曲线.由图5可以看出，在一定时间范围内，磁处理时间越长，黄铜电极的腐蚀电流密度越会显著减小.当BTA浓度为1 mg/L时，腐蚀电流密度由空白实验的1.363 μA/cm2降低至0.017 62 μA/cm2，下降了近两个数量级，可见磁处理时间的延长可以提高电极的缓蚀性能.

图4 磁处理对黄铜电极极化曲线的影响

图5 不同磁处理时间对黄铜电极极化曲线的影响

2.4 EDS分析

表2为黄铜电极在含7 mg/L BTA的模拟水中浸泡8 h后(磁处理前后)的EDS分析结果.

表2 黄铜表面的EDS分析结果 %

表2表明，在含BTA的溶液中，EDS图谱显示黄铜表面存在C，O，Cu，Zn等元素，其中以Cu和Zn元素为主，C的存在应该与缓蚀剂在表面的吸附有关.当BTA与磁处理联合作用时，黄铜表面的C和O含量显著增加，如C含量由磁处理前的14.33%增加到磁处理后的48.36%，这说明磁处理促进了BTA在黄铜表面的吸附，提高了黄铜的耐蚀性能.

3 结论

(1)模拟水中BTA的加入使黄铜电极获得了良好的缓蚀效果，在一定浓度范围内，缓蚀剂浓度越大，浸泡时间越长，缓蚀效果越好;BTA抑制了黄铜/模拟水腐蚀体系的阳极反应和阴极反应.

(2)磁处理可以在一定程度上促进黄铜/模拟水体系的腐蚀速度.磁处理和BTA联合作用时，腐蚀速度较缓蚀剂单独作用时有进一步下降;在一定时间范围内，延长磁处理时间，可以提高黄铜电极的缓蚀性能.

(3)EDS分析显示磁处理促进了BTA在黄铜表面的吸附，使黄铜的耐蚀性能更强.

[1]周本省.工业水处理技术[M].北京:化学工业出版社，2002:10-15.

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