硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物對45碳鋼的緩蝕性能評價(jià)

王永壘，李海云，陸露露，彭志翔

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硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物對45碳鋼的緩蝕性能評價(jià)

*王永壘，李海云，陸露露，彭志翔

（黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽，黃山245041）

本研究借助靜態(tài)腐蝕失重法確定了硫氰酸鉀/硫脲緩蝕劑的最佳配方，并分別研究了該配方在5%硫酸、5%硝酸及5%鹽酸中對45碳鋼的緩蝕性能。結(jié)果表明：在5%硫酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲為7:3的質(zhì)量比配方，緩蝕劑為0.2%時(shí)對45碳鋼的緩蝕達(dá)到最大，緩蝕率為82.3%；在5%硝酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲為4:6的質(zhì)量比配方，緩蝕劑的加入量為0.1%時(shí)對45碳鋼的緩蝕率可達(dá)到99%以上；在5%鹽酸中，只需加入0.2%的復(fù)合緩蝕劑（硫氰酸鉀：硫脲= 4:6），對45碳鋼的緩蝕率可以達(dá)到76%。Tafel極化曲線表明硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物的加入可以明顯地降低45碳鋼在3種酸溶液中的腐蝕電流。

硫氰酸鉀；硫脲；失重法；復(fù)合物；45碳鋼

在煉油[1]、油氣田的酸化過程及化工設(shè)備的酸性清洗過程中[2-3]，金屬腐蝕往往很難避免，常用的方法就是向酸洗液中添加高效的酸洗緩蝕劑。當(dāng)前，可以添加在酸洗液中的高效緩蝕劑品種很多[4-6]，但從固體主要成分來看，硫氰酸鉀和硫脲是其中主要的兩類成分[7-8]。本研究利用靜態(tài)失重法首先確定了硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物緩蝕劑的最佳緩蝕配方，并評價(jià)了該配方分別在5%硫酸、5%硝酸及5%鹽酸溶液中對45碳鋼的緩蝕性能，從而為其工業(yè)應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

硫氰酸鉀、硫脲、鹽酸、硫酸、硝酸均為分析純，45碳鋼腐蝕掛片(28 cm2，揚(yáng)州市祥瑋機(jī)械有限公司)。

1.2 緩蝕性能評價(jià)

在40 ℃下，將45碳鋼掛片放入含不同濃度緩蝕劑的腐蝕溶液中浸泡一段時(shí)間（依據(jù)45碳鋼在3種酸液中的腐蝕速率差異，確定浸泡腐蝕時(shí)間為：5%鹽酸，2 h；5%硫酸，2 h；5%硝酸，0.5 h），每組3個(gè)平行樣；腐蝕時(shí)間到了以后，取出試樣，依次用蒸餾水、酒精和丙酮清洗，冷干后稱重。按公式計(jì)算45碳鋼掛片的腐蝕速率。

式中：表示腐蝕速率，g·m-2·h-1；

△表示腐蝕失重實(shí)驗(yàn)前后試樣的質(zhì)量差，g；

表示試樣的表觀面積，m2；

表示浸泡試驗(yàn)時(shí)間，h；

緩蝕劑對45碳鋼材質(zhì)在不同腐蝕介質(zhì)中的緩蝕率計(jì)算如下：

式中：表示緩蝕劑的緩蝕率，%；

v，v分別表示45碳鋼腐蝕掛片在添加緩蝕劑及空白溶液下的腐蝕速率，g/(m2·h)。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫氰酸鉀與硫脲最佳配方的確定

圖1 硫氰酸鉀與硫脲的質(zhì)量比對45碳鋼在三種酸洗液中的緩蝕性能

圖1是固定硫氰酸鉀與硫脲總添加量為0.2%時(shí)，不同的硫氰酸鉀與硫脲質(zhì)量比在5%硫酸、5%硝酸及5%鹽酸中對45碳鋼的緩蝕性能?？梢钥闯觯蚯杷徕?硫脲復(fù)合物對45碳鋼的緩蝕性能，在硝酸溶液中要顯著強(qiáng)于其在鹽酸及硫酸溶液。在5%硫酸及5%鹽酸溶液中，隨著硫氰酸鉀與硫脲質(zhì)量比的增加，其對45碳鋼的緩蝕性能表現(xiàn)出由增加到減少的變化，在5%硫酸溶液來說，當(dāng)硫氰酸鉀與硫脲的質(zhì)量比為7:3時(shí)，其對45碳鋼的緩蝕性能最好，緩蝕率達(dá)到了82.3%；在5%鹽酸溶液中，當(dāng)硫氰酸鉀與硫脲的質(zhì)量比為4:6時(shí)，45碳鋼的緩蝕率為76%。在5%硝酸溶液中，無論硫氰酸鉀與硫脲的質(zhì)量比如何變化，產(chǎn)品的緩蝕率均在98%以上，這也說明硫脲和硫氰酸鉀均對于硝酸溶液的緩蝕能力優(yōu)良。綜合來講，對于5%硫酸溶液來說，硫氰酸鉀與硫脲適宜的質(zhì)量比為7:3，對于5%鹽酸和5%硝酸溶液來說，硫氰酸鉀與硫脲最佳的質(zhì)量比為4:6。

2.2 5%硫酸中硫氰酸鉀/硫脲的加入量對45碳鋼的緩蝕性能

圖2 5%硫酸溶液中硫氰酸鉀/硫脲的量對45碳鋼的緩蝕性能

從圖2能夠看出，使用質(zhì)量比為7:3的硫氰酸鉀與硫脲復(fù)合物，隨著復(fù)合物添加量的增加，其對45碳鋼的緩蝕率出現(xiàn)先增加后下降的趨勢。當(dāng)硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物的添加量為0.2%時(shí)，其對45碳鋼在5%硫酸溶液中的緩蝕率達(dá)到最大，為82.3%，此后隨著該復(fù)合物添加量的增加，其對45碳鋼的緩蝕作用出現(xiàn)下降趨勢，可能的原因[9]是當(dāng)復(fù)合緩蝕劑添加量不足的時(shí)候，在45碳鋼掛片的表面無法形成完整的緩蝕膜，緩蝕率較低，隨著復(fù)合緩蝕劑添加量的增加，其對45碳鋼的緩蝕率明顯增加。但是，過多的緩蝕劑分子會在45碳鋼的表面形成多層吸附，進(jìn)而導(dǎo)致緩蝕膜層發(fā)生部分脫附，對45碳鋼的緩蝕率下降。因此，在5%硫酸溶液中，最佳的硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.3 5%硝酸中硫氰酸鉀/硫脲的加入量對45碳鋼的緩蝕性能

圖3 5%硝酸溶液中硫氰酸鉀/硫脲的量對45碳鋼的緩蝕性能

從圖3可以看出，當(dāng)選用硫氰酸鉀與硫脲的質(zhì)量比為4:6時(shí)，隨著該復(fù)合物量的增加，其對45碳鋼在5%硝酸溶液中的緩蝕率均表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。這可能是由于該復(fù)合物成分硫脲和硫氰酸鉀都是性能優(yōu)良的硝酸緩蝕劑的緣故，兩種組分抑制硝酸對45碳鋼的腐蝕均性能優(yōu)良。綜合考慮緩蝕劑成本和后期緩蝕率的較小差別，在5%硝酸溶液中，適宜的硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.1%~0.2%。

2.4 5%鹽酸中硫氰酸鉀/硫脲的加入量對45碳鋼的緩蝕性能

圖 4 5%鹽酸溶液中硫氰酸鉀/硫脲的量對45碳鋼的緩蝕性能

從圖4可以看出，使用硫氰酸鉀與硫脲優(yōu)化質(zhì)量比為7:3時(shí)，隨著該復(fù)合物添加量的增加，其對45碳鋼在5%鹽酸溶液中的緩蝕性能出現(xiàn)先增加而后下降的變化趨勢。當(dāng)硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物的添加量為0.1%時(shí)，其對45碳鋼掛片在5%鹽酸中的緩蝕率達(dá)到了74%，繼續(xù)增加硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物的添加量，其對45碳鋼在5%鹽酸中的緩蝕率增加不明顯。當(dāng)添加量大于0.2%時(shí)，對45碳鋼的緩蝕率還出現(xiàn)了一定程度的下降。可能的原因[9]是當(dāng)該復(fù)合物不足的時(shí)候，其在45碳鋼的表面無法形成完整的緩蝕膜，導(dǎo)致腐蝕速度較快，隨著復(fù)合緩蝕劑量的增加，45碳鋼表面逐漸形成完整的緩蝕膜層，緩蝕率達(dá)到最大。但是，過量的緩蝕劑分子會在碳鋼掛片的表面形成多層吸附，一定程度上會降低45碳鋼掛片表面保護(hù)膜層的疏水性，此時(shí)45碳鋼材質(zhì)的緩蝕率又出現(xiàn)一定程度的下降。因此，最佳的硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.2%。

2.5 極化曲線

圖5是25℃下有無硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合緩蝕劑（硫氰酸鉀與硫脲的質(zhì)量比為4:6）時(shí)45碳鋼上述酸溶液（5%H2SO4、5%HNO3、5%HCl）中的Tafel曲線。

圖5 45碳鋼在3種酸溶液中的Tafel曲線

從圖5中可以看出，在5%硫酸空白溶液中，45碳鋼的腐蝕電流為Icorr = 22.4 mA/cm2，當(dāng)添加0.15%的硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合緩蝕劑后，45碳鋼的腐蝕電流下降為Icorr = 1.6 mA/cm2，5%硫酸溶液對45碳鋼的腐蝕變??；與5%硝酸空白溶液相比，加入0.15%硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物后，45碳鋼的腐蝕電流由Icorr = 141 mA/cm2降低到了1.2 mA/cm2，對45碳鋼的保護(hù)作用明顯增強(qiáng)；在5%鹽酸空白介質(zhì)中，45碳鋼的腐蝕電流為Icorr = 104 mA/cm2，在加入0.15%硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物后，45碳鋼在5%鹽酸溶液中的腐蝕電流降低為1.3 mA/cm2，腐蝕明顯變慢。Tafel極化曲線結(jié)果表明添加的硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物能夠有效地在45碳鋼材質(zhì)表面形成保護(hù)膜，從而減緩上述酸液對45碳鋼的腐蝕。

3 結(jié)論

(1)硫氰酸鉀與硫脲不同的質(zhì)量配比對45碳鋼的緩蝕結(jié)果表明：在5%硫酸溶液中，硫氰酸鉀與硫脲的最佳質(zhì)量配比為7:3。在5%硝酸溶液中，硫氰酸鉀與硫脲的質(zhì)量配比對45碳鋼的緩蝕性能影響不大，適宜的質(zhì)量配比為4:6。在5%鹽酸溶液中，硫氰酸鉀與硫脲的最佳質(zhì)量配比為4:6。

（2）在3種酸液中，硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合緩蝕劑的添加量對45碳鋼的緩蝕結(jié)果表明：在5%硫酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲= 7:3的質(zhì)量配比，最佳的添加量為0.2%，其對45碳鋼的緩蝕率為82.3%；在5%硝酸溶液中，使用硫脲：硫氰酸鉀= 4:6的質(zhì)量配比，最佳的添加量為0.1%，其對45碳鋼的緩蝕率為99%；在5%鹽酸溶液中，使用硫氰酸鉀：硫脲= 4:6的質(zhì)量配比，最佳的添加量為0.2%，其對45碳鋼的緩蝕率為76%。

（3）Tafel極化曲線結(jié)果表明，硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物的加入可以顯著地減少45碳鋼在上述3種酸溶液中的腐蝕電流，表明該復(fù)合物在45碳鋼表面能夠形成有效的緩蝕層，因此，它作為45碳鋼的酸洗緩蝕劑是可行的。

[1] 王欲曉,莊文昌,王菊.MBBR 工藝提升煉油廢水生化處理能力的應(yīng)用研究[J].井岡山大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2011,32(6):64-67.

[2] 何慶龍,孟惠民,俞宏英,等. N80油套管鋼CO2腐蝕的研究進(jìn)展[J]. 中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2007,27(3):186-191.

[3] 郭學(xué)輝,王康,胡百順,等. 氨基酸類緩蝕劑緩蝕機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2013,25(1): 63-66.

[4] 陳武,郝敬麗,王大勇,等. 酸化介質(zhì)中幾種氨基酸的緩蝕性能及緩蝕機(jī)理[J]. 腐蝕與防護(hù), 2012, 33(5): 390-393.

[5] 姜德成,劉福國,武素茹,等. 新型三唑衍生物緩蝕劑對Q235-A鋼H2SO4酸洗的緩蝕作用[J].材料保護(hù)，2010,43(3):24-26.

[6] 梅平,趙琳,高秋英,等. 雙環(huán)咪唑啉及其季銨鹽對N80鋼在飽和二氧化碳鹽水溶液中的緩蝕性能研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版. 2007,4(4):52-54.

[7] 王永壘,李海云,方紅霞. 硫氰酸鉀在酸洗液中對鑄鐵的緩蝕性能[J] .材料保護(hù),2014,47(6):77-80.

[8] 李廣超,路長青,楊文忠,等.硫脲及其衍生物的緩蝕行為研究進(jìn)展[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2001,13(3): 169-172.

[9] 張大全,高立新,周國定.國內(nèi)外緩蝕劑研究開發(fā)與展望[J].腐蝕與防護(hù),2009,30(9):604-610.

CORROSION INHIBITION PERFORMANCE OF THE POTASSIUM THIOCYANATE/THIOUREA COMPLEX ON THE 45 CARBON STEEL

*WANG Yong-lei, LI Hai-yun, LU Lu-lu, PENG Zhi-xiang

(School of Chemistry & Chemical Engineering, Huangshan University, Huangshan, Anhui 245041, China)

The best formula and corrosion inhibitionperformances of the potassium thiocyanate/ thiourea complex inhibitor on the 45 carbon steel in different acid solutions （5%H2SO4, 5%HNO3, 5%HCl）were studied by static weight loss method. The results showed that the corrosion inhibition efficiency of 45 carbon steel in 5% H2SO4was 82.3% with 0.2% adding amount of complex inhibitor (weight ratio of potassium thiocyanate to thiourea, 7:3), and it was above 99% and 76% in 5% HNO3and HCl with 0.1% and 0.2% adding amount of complex inhibitor (weight ratio of potassium thiocyanate to thiourea, 4:6), respectively. Tafel polarization curve results showed that the addition of the potassium thiocyanate/thiourea complex can significantly reduce corrosion current.

potassium thiocyanate; thiourea; weight loss method; complex; 45 carbon steel

1674-8085(2015)04-00017-04

TG 174.4

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2015.04.004

2015-04-06；修改日期：2015-06-08

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410375004)；黃山學(xué)院校級科研項(xiàng)目(2014xkj012)

*王永壘(1983-)，男，河南南陽人，講師，博士，主要從事精細(xì)有機(jī)化工助劑的開發(fā)研究(E-mail:wylei@hsu.edu.cn);

李海云(1981-)，女，河南開封人，助教，碩士，主要從事生物質(zhì)功能材料開發(fā)工作(E-mail:lhy@hsu.edu.cn);

陸露露(1992-)，女，安徽淮北人，黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院2012級應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生(E-mail:1320764679@qq.com).

彭志翔(1988-)，男，安徽安慶人，黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院2012級應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生(E-mail:353672982@qq.com).