蚕沙提取物在盐溶液中的阻垢缓蚀性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0722

摘要/Abstract

摘要：

大多数合成缓蚀阻垢剂对环境的有害影响是研究环保型提取物的动机。采用红外光谱（FTIR）和紫外可见光谱（UV-vis）研究了蚕沙提取物（SSE）的主要成分；采用电导率、静态阻垢法，结合扫描电镜（SEM），研究了SSE作为阻垢剂在氯化钙盐溶液中的阻垢效果；采用电化学阻抗技术（EIS）和动电位极化曲线（PDP）研究其在模拟冷却水中的缓蚀性能。结果表明：SSE的主要成分为叶绿素；当SSE质量浓度达到30 mg/L以上时，对碳酸钙、硫酸钙的阻垢率都在90%以上，SSE可以抑制碳酸钙的过饱和，延长成核时间，并会使钙垢的晶型发生变化；SSE在盐溶液中对Q235钢具有良好的缓蚀效果，其缓蚀机理为SSE在Q235钢表面形成一层保护膜。SSE能起到阻垢、缓蚀双重作用，是一种潜在的新型、环境安全的缓蚀阻垢剂，适用于冷却水系统。

关键词: 蚕沙提取物, 阻垢缓蚀剂, 盐溶液, 阻垢缓蚀机理

Abstract:

The harmful effects of most synthetic corrosion inhibitors on the environment are the motivation for the study of environmentally friendly extracts. The main components of silkworm sand extract (SSE) were studied by infrared spectroscopy (FTIR) and ultraviolet visible spectroscopy (UV-vis). The scale inhibition effect of SSE as scale inhibitor in calcium chloride solution was studied by means of electrical conductivity, static scale inhibition and scanning electron microscopy (SEM). Electrochemical impedance (EIS) and potentiodynamic polarization curve (PDP) were used to study its corrosion inhibition performance in simulated cooling water. The results showed that chlorophyll was the main component of SSE. When the concentration of SSE was more than 30 mg/L, the scale inhibition efficiency of calcium carbonate and calcium sulfate was both more than 90%. SSE could inhibit the supersaturation of calcium carbonate, prolong the nucleation time, and change the crystal shape of calcium scale. SSE had a good corrosion inhibition effect on Q235 steel in salt solution, and its corrosion inhibition mechanism was that SSE formed a protective film on the surface of Q235 steel. SSE could play a dual role of scale inhibition and corrosion inhibition, which was a potential new, environmentally safe corrosion and scale inhibitor for cooling water system.

Key words: silkworm sand extract, scale and corrosion inhibitor, brine, scale inhibition and corrosion inhibition mechanism

中图分类号:

TQ085

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I7/105

图/表 13

图1 SSE与叶绿素的FTIR、UV-vis谱图

Fig.1 FTIR and UV-vis spectra of SSE and chlorophyll

图2 不同SSE投加量对溶液电导率的影响

Fig.2 Effect of different SSE dosage on the conductivity of solution

图3 SSE阻碳酸钙垢的性能

Fig.3 Performance of SSE in inhibiting calcium carbonate scale

图4 SSE的投加量对硫酸钙阻垢性能的影响

Fig.4 Influence of SSE dosage on the scale inhibition performance of calcium sulfate

图5 碳酸钙晶体的FTIR光谱

Fig.5 FTIR spectra of Calcium carbonate crystals

图6 碳酸钙和硫酸钙的SEM

Fig.6 SEM images of calcium carbonate and calcium sulfate

图7 Q235钢在溶液中Nyquist曲线

Fig.7 Nyquist curves of Q235 steel in solution

图8 等效拟合电路 R _ct—电荷转移电阻，R _s—溶液电阻，CPE—恒相元件。

Fig.8 Equivalent fitting circuit

表1 Q235钢的EIS测量相关数据

Table 1 Relevant data of EIS measurement of Q235 steel

SSE投加量/（mg·L^-1）	Y ₀/（S ⁿ ·Ω^-1·cm^-2）	R _s/（Ω·cm²）	R _ct/（Ω·cm²）	n	η ₂/%	χ²
0	1.78×10^-3	7.04	438	0.587		0.003 4
5	1.65×10^-3	7.29	631	0.618	30.6	0.004 4
15	1.60×10^-3	9.35	919	0.599	52.3	0.003 3
25	1.59×10^-3	9.54	1 670	0.511	73.8	0.005 6
50	1.33×10^-3	16.2	2 310	0.472	81.0	0.002 8
80	1.09×10^-3	27	3 120	0.649	86.0	0.003 5

图9 Q235钢在溶液中Bode曲线

Fig.9 Bode curves of Q235 steel in solution

图10 Q235钢在溶液中动态极化曲线

Fig.10 Dynamic polarization curves of Q235 steel in solution

表2 Q235钢的PDP测量相关数据

Table 2 Relevant data of PDP measurement of Q235 steel

SSE投加量/（mg·L^-1）	$β a$ /（mV·dec^-1）	$- β c$ /（mV·dec^-1）	i _corr/（μA·cm^-2）	E _corr/mV	η ₁/%
0	16.9	17.6	420.76	-639
5	14.3	10.4	297.67	-638	29.2
15	8.84	8.32	190.60	-632	54.7
25	6.53	6.86	103.31	-643	75.4
50	5.40	5.89	74.10	-638	82.3
80	1.49	3.21	59.97	-642	85.7

表2 Q235钢的PDP测量相关数据

Table 2 Relevant data of PDP measurement of Q235 steel

SSE投加量/（mg·L^-1）	$β a$ /（mV·dec^-1）	$- β c$ /（mV·dec^-1）	i _corr/（μA·cm^-2）	E _corr/mV	η ₁/%
0	16.9	17.6	420.76	-639
5	14.3	10.4	297.67	-638	29.2
15	8.84	8.32	190.60	-632	54.7
25	6.53	6.86	103.31	-643	75.4
50	5.40	5.89	74.10	-638	82.3
80	1.49	3.21	59.97	-642	85.7

图11 Q235试片的SEM/EDS

Fig.11 SEM/EDS of Q235 coupons

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