一种新型酸洗缓蚀剂的应用研究现状及未来发展趋势摘要：利用电化学测试技术研究了一种新型酸洗缓蚀剂，即2，5-二氯苯乙酮-O-1-(1，3，4-三氮唑)亚甲基肟在l mol／L HCl介质中对碳钢的缓蚀作用和吸附行为。
结果表明：合成的三唑类化合物是一种性能优异的缓蚀剂。
从而也从大方向上把握了未来酸洗缓蚀剂的发展趋势。
关键词：三唑化合物；缓蚀剂；电化学实验；热力设备1.前言酸洗广泛应用于各个工业部门中的换热设备、传热设备和冷却设备等的水垢清洗，特别是电力部门的热力设备（如锅炉）的酸洗尤其重要。
从社会经济的角度来看，可减少因污垢带来的燃料耗费；从环境保护的角度来看，减少了燃料废气和大气污染【1】；从安全角度来看，锅炉和换热器等热力设备在使用过程中逐渐形成各类污垢，而这些污垢导热不良致使炉管局部温度升高，降低了钢材的强度，常常发生爆管事故，影响锅炉运行。
因此酸洗对于电厂的锅炉运行起着非常重要的作用。
酸洗常用的酸有盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、氨基磺酸等无机酸，和柠檬酸、EDTA 等有机酸。
但由于酸对金属设备均有腐蚀作用，尤其无机酸的腐蚀更为严重，同时所放出的氢会向金属内部扩散，使被洗设备发生氢脆。
各种酸对铁的溶解能力由大到小如表1 所示。
另外所析出的大量的酸性气体，会使劳动条件恶化。
由于强酸的腐蚀性，酸洗过程常出现“过蚀”的现象，即清洗过程中不仅清除了金属表面的锈蚀和污垢，同时也将部分金属基材一并清洗掉。
因此，酸洗过程既造成金属材料、酸洗液的极大浪费，同时还产生大量的酸洗废液，造成严重的环境污染。
因此在酸洗时要加入缓蚀剂，以抑制金属在酸性介质中的腐蚀，减少酸的使用量，提高酸洗效果，延长热力设备的使用寿命。
酸洗时不仅要考虑酸的溶铁能力，还应考虑垢成分、金属材质、废液处理方法等因素【2】。
故选择一种质量好的缓蚀剂是酸洗的重要环节，而了解各类缓蚀剂的缓蚀性能可以更好的进行防腐工作。
1.1 酸洗缓蚀剂的发展历史关于酸性介质缓蚀剂的研究报道很多，根据有关文献记录，酸洗缓蚀剂第一个专利是1860年英国公布用糖浆及植物油的混合物作为酸洗铁板时的缓蚀剂。
此后相关报道也相继出现，如1872年英国发表了用动物、植物胶、麦等物的水抽提组分作为铁的缓蚀剂。
到了20世纪20年代，金属缓蚀剂有甲醛、蒽、喹啉、吡啶、硫脲及衍生物；40年代含氮的脂肪胺、芳香胺、杂环化合物、硫脲和硫醇已普遍作为酸洗缓蚀剂使用；50年代到60年代是有机缓蚀剂研究的鼎盛时期，每年都有大量的酸性介质缓蚀剂专利公布，70年代后复配组成的缓蚀剂增加，大量的研究工作转向于腐蚀的理论和测试方法。
80年代出现了苯并咪唑类多种不锈钢和碳钢的盐酸缓蚀剂、铜缓蚀剂和苄基季铵盐固体多用酸洗缓蚀剂等。
90年代至今所研制的酸洗缓蚀剂主要有咪唑啉类和含硫咪唑啉衍生物，如SM-硫脲缩合物、IS-129咪唑啉类铜的盐酸缓蚀剂、脱氢松香基咪唑啉类缓蚀剂SH-707，IS-156，BH-2等。
我国酸洗缓蚀剂的研究起步较国外晚，第一种酸洗缓蚀剂是1953年由天津重工业局化工研究所研制的天津若丁，又名五四牌若丁，其由25%（质量分数）二邻甲基硫脲苯、20%糊精、5%皂角粉非离子表面活性剂和#"0氯化钠复配而成，它是我国最早研制成功的硫酸缓蚀剂。
并在天津钢厂硫酸酸洗钢板锈皮中得到了应用。
此后，1961年沈阳化工研究所研制出沈1-D 酸洗缓蚀剂；1977年由兰州石油化工机械研究所成功研制出硝酸酸洗缓蚀剂Lan-5；1982年研制成功多用酸洗缓蚀剂Lan-826；1986年武汉大学研制出水生植物抽提液LK-44缓蚀剂；90年代我国新研制的酸洗缓蚀剂有苯并咪唑类（KMAT）、季铵盐类（CMD18).）、磺酸类（SMT-369）、多苯并咪唑（MMA）、胺衍生物（LN500系列）、烷基烯丙基喹啉（AAQ）等。
1.2 有机型缓蚀剂它具有用量少、缓蚀性能佳的特点，得以广泛使用。
本工作合成了一种新型三唑类化合物：2，5一二氯苯乙酮-O-1(1，3，4-三氮唑)亚甲基肟，结构如图l所示，利用电化学方法、表面分析技术及量子化学方法，研究探讨了其在1 mol／L HCl介质中对碳钢的缓蚀作用，并对缓蚀作用机理进行了讨论。
2 实验方法2．1 电化学测试电化学测试的试样材质为Q235碳钢，除工作面(10mm×10mm)外其余各面用环氧树脂封装，将工作面用水磨砂纸逐级打磨至1200#，浸入无水乙醇中超声清洗脱脂，作为工作电极。
电化学测试采用PARSTAT2273电化学工作站(美国)。
测试采用经典的三电极(带有毛细管的饱和甘汞电极为参比电极，大面积铂片为对电极)体系进行交流阻抗和动电位极化曲线的测试。
电化学阻抗测量采用的激励信号为正弦波，振幅为10mV，扫描频率范围为95kHz--一10mHz，极化曲线扫描速率为O．5mV ／s，扫描范围为．200m～+200mV(相对于开路电位)。
2．2 表面腐蚀形貌试验将尺寸为30 mm* 15 mm*15mm的Q235碳钢用金相砂纸逐级打磨抛光至05#，二次蒸馏水和丙酮清洗后浸入加有1．0x10-3mol／L缓蚀剂的l mol／L HCl介质中，室温浸泡3h．然后取出试片，用二次蒸馏水冲洗试样表面，采用KYKY2800型扫描电子显微镜对腐蚀后的试样进行表面形貌分析，加速电压为25KV。
3. 结果与讨论3．1 动电位极化曲线图2为碳钢在1 mol／LHCI介质中不同浓度缓蚀剂的极化曲线，经Tafel极化拟合得到的腐蚀动力学参数（Icorr，βa,βc)和相应的缓蚀效率，结果列于表2，其中缓蚀效率的计算式为：自腐蚀电流密度是通过外推法求得, I0corr, Icorr分别为不加与加入缓蚀剂时的自腐蚀电流密度。
Table2从图2可以看出，阴极Tafel常数基本不发生变化，表明缓蚀剂的加入没有改变阴极析氢反应机理，只是在碳钢表面形成一层保护膜，抑制反应的活性点起到缓蚀作用【3】。
从极化曲线和数据拟合结果还可以发现，添加缓蚀剂前后，自腐蚀电流密度相差很大，当缓蚀剂用量达到1．0x10-3mol/l 时，Icorr由868μAcm-2减小到14μAcm-2，缓蚀效率可以达到98％以上，腐蚀过程得到了很好的抑制。
随着缓蚀剂浓度的增加，自腐蚀电流密度Icorr逐渐变小，缓蚀效率逐渐升高。
同时加入缓蚀剂后，自腐蚀电位变化不大，一般认为只有当自腐蚀电位的变化在85mV以上时才可以认为该缓蚀剂为阴极型或者阳极型【4】，因此可以判定该缓蚀剂为混合型缓蚀剂。
3．2 交流阻抗谱图3为碳钢在1 mol／L HCl溶液中加入不同浓度缓蚀剂时的Nyquist图，并用ZSimpwin软件对阻抗数据进行拟合，等效电路如图4所示，其中Rs为溶液电阻，C dl力是金属／溶液膜层的界面电容，Rp为极化电阻，其拟合结果示于表2。
Table3从图3可以看出，缓蚀剂在l mol／L HCI介质中的阻抗谱由一个时间常数组成，是一个弥散的大容抗弧，且随着缓蚀剂浓度的增加，容抗弧半径逐渐加大，表明碳钢在盐酸中的腐蚀过程属于电荷转移控制【5】。
从表2中可以看出，随浓度的增加，电极的界面电容逐渐减小，这是由于缓蚀剂分子在电极表面发生吸附的结果，缓蚀剂分子在金属表面吸附，排挤掉原来吸附在金属表面上的水分子，改变了金属／溶液界面的介电常数，引起界面电容的变化【6】。
由交流阻抗实验数据计算缓蚀效率采用以下公式：式中R ct、R0ct分别为加与不加缓蚀剂的极化电阻，在缓蚀剂浓度变化的条件下，缓蚀效率随极化电阻的升高而增大，其变化的趋势和极化曲线的结果相近，最高效率可以达到98％以上，表明缓蚀剂在1mol／L的HCI中对碳钢的腐蚀有明显减缓作用，能达到保护碳钢、减少酸洗废液量的目的。
3.4 腐蚀形貌分析图5为298K时，试样浸泡在1mol/L HCl和在1mol/L HCl中加入10-3 mol/L三唑化合物溶液中3h 的SEM图。
可见，在不加缓蚀剂的空白溶液中，试样表面上呈絮状，产生均匀性溶解，腐蚀比较严重且局部出现了蚀孔痕迹。
（图5a），而添加缓蚀剂的试样表面较平整、均匀，腐蚀程度较未加缓蚀剂大大减缓（图5b），说明此缓蚀剂能在基底表面形成完整的吸附层，能很好的抑制碳钢在1mol/L HCl介质中的腐蚀。
Fig.54．结论研究的三唑化合物在1 mol／L HCl溶液中对碳钢的腐蚀具有良好的抑制作用，且随缓蚀剂浓度的增加，缓蚀效果逐步提高，且在1．0×10-3。
mol／L时达到最佳。
电化学极化曲线表明，缓蚀剂对腐蚀过程的阳极和阴极都有强烈抑制作用，为混合型缓蚀剂；交流阻抗谱表明，由于三唑化合物分子在电极表面的吸附，改变了碳钢腐蚀电极的表面状态，使得体系的腐蚀电化学参数发生相应变化。
5. 酸洗缓蚀剂的未来发展趋势缓蚀剂在金属防护工程中占有重要的地位，在国民经济建设中日益发挥着越来越重要的作用。
从目前热力设备防腐及其他工业领域防腐情况来看，酸洗时使用缓蚀剂是一种行之有效、经济效益显著的防腐手段。
酸洗缓蚀剂的理论、测试技术和计算方法的研究已取得了一定的进展，对缓蚀剂新产品的开发和应用起到了一定的促进作用。
今后的工作重点应深入开展缓蚀剂的缓蚀作用机理和缓蚀剂分子构型与缓蚀效果关系，设计合成新的高效低毒缓蚀剂；采用天然原料制造易生物降解的缓蚀剂，从而扩大缓蚀剂的应用范围，减少金属的腐蚀，更好地为经济的可持续发展服务；从化工、医药行业的工业副产物生产制造酸洗缓蚀剂，可以变废为宝，成本低廉，符合环保发展方向；开展一些酸洗缓蚀剂的添加剂的开发工作。
总之，缓蚀剂技术开发应用研究应向高效多功能（如缓蚀、阻垢、防霉杀菌等）、无毒、无公害方向发展，并在与产业部门合作及国际合作交流研究中取得更大的进展。
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