聚天冬氨酸在自来水中对碳钢的协同缓蚀作用

刘英华，赵慧敏，李春梅

（1.河北省辐射环境管理站，河北 石家庄 050093；2.河北师范大学，河北 石家庄 050024）

在中性水中，铬酸盐、磷酸盐是经济有效的水处理缓蚀剂，但由于其毒性及对环境的污染，已逐渐限制使用。聚天冬氨酸（Polyaspartic acid，简称PASP）是近年研制的一种无毒、易生物降解性的生物高分子，具有优异的阻垢分散性能［1－2］。其最终降解的产物对环境不会造成污染，亦不引起微生物滋生，作为水中金属的缓蚀阻垢剂被应用。实际工作中，还需要不断降低成本、提高缓蚀效率，其中利用不同物质间的协同缓蚀作用以提高效率［3］是简单易行的办法。本文通过电化学实验，主要研究聚天冬氨酸与钼酸盐、十二烷基硫酸钠复配后的协同缓蚀效果。

1 实验仪器及条件

EG＆G M273恒电势仪／恒电流仪和M5208锁相放大器测试系统（美国），由PRAC M388软件控制；电化学工作站CHI660B（上海辰华）。

测试采用三电极体系.铂电极和饱和甘汞电极（SCE）分别作辅助电极和参比电极，工作电极为45＃碳钢棒，工作面积为0.28cm2。极化曲线测试范围：Eoc±300mV，扫描速度：1mV／s。实验前先将工作电极用金相砂纸依次打磨至光亮，用去离子水、乙醇清洗、滤纸吸干，在研究液中浸泡40min，腐蚀电位稳定后开始电化学测试。聚天冬氨酸自制合成［4－5］，其它试剂均为分析纯，去离子水为二级，原液介质为石家庄自来水，实验温度20℃。

2 结果及讨论

2.1 聚天冬氨酸的缓蚀作用

图1 碳钢在添加不同浓度PASP的自来水中的极化曲线

分别对碳钢在原液和添加不同浓度的聚天冬氨酸0.05、0.10、0.20、0.40、1.0g／L 进行稳态极化测试。结果见图1、表1。

由图1知，加入PASP后腐蚀电位向正移，阳极极化曲线比原液变化较大，PASP是以抑制阳极为主的缓蚀剂［6］。添加浓度与缓蚀率η计算公式：

其中η：缓蚀效率；i0：空白溶液的极化电流；icorr：加入缓蚀剂后的极化电流。

表1 20℃不同PASP浓度与电化学参数关系

从表1可知：随着聚天冬氨酸添加浓度的增加，缓蚀效率η显著增加。当聚天冬氨酸（PASP）浓度达到1.00g／L时，缓蚀效率η达到61.4%。

图2 PASP与钼酸钠复配对碳钢的极化曲线图

2.2 聚天冬氨酸与钼酸盐复配物的协同缓蚀作用

将聚天冬氨酸与钼酸钠复配，分别对碳钢在原液和不同浓度下进行测试，结果见图2，表2。

表2 PASP与钼酸钠复配物的缓蚀性能

由图2、表2可知，当加入PASP与钼酸钠后，腐蚀电位均明显向正向移。单独添加PASP和钼酸钠0.2g／L 时，缓蚀效率分别仅为30.14%和35.22%，缓蚀效果均不明显。当添加PASP 0.1g／L时，缓蚀效率仅为25.8%；当添加PASP 0.1g／L与钼酸钠以1：1复配时，η值明显增大，复配缓蚀率达到73.95%，比单独使用PASP时增加了48.15%，说明PASP与钼酸钠有明显的正协同缓蚀效果。

2.3 PASP与十二烷基硫酸钠（SDS）复配的协同缓蚀作用

图3 聚天冬氨酸与十二烷基硫酸钠复配对碳钢的极化曲线图

将PASP与SDS复配，分别在原液和不同浓度下进行测试，结果见图3，表3。

图3和表3显示：单独添加0.1g／L PASP和0.05g／L SDS时，缓蚀效率η值均不高，只有25.8%和8.95%，当将0.1g／L PASP 与0.05g／L SDS 复配后，缓蚀效率显 著增加达到70.71%，比单独使用PASP 0.1g／L 时提高了44.91%。说明PASP与十二烷基硫酸钠复配具有明显正协同缓蚀效果。

表3 PASP与十二烷基硫酸钠复配的电化学参数

3 结论

在自来水体系中，PASP缓蚀效率随添加浓度增加而增大；当添加浓度为1.0g／L时，缓蚀效率可达到61.4%，PASP是以抑制阳极为主的缓蚀剂。

PASP分别与钼酸钠和十二烷基硫酸钠复配时，均表现为正协同缓蚀效果。当PASP与钼酸盐钠各以0.1g／L 复配时，缓蚀率达到73.95%，比单独使用PASP 0.1g／L 时提高了48.15%；当PASP与十二烷基硫酸钠以0.1g／L与0.05g／L复配时，缓蚀率达到70.71%，比单独使用PASP 0.1g／L时提高了44.91%。

［1］R.Cui，N.Gu＊and C.Li Polyaspartic Acid as a Green Corrosion Inhibitor for Carbon Steel Materials and Corrosion，2011，62（4）：362－369.

［2］沈翔，曾德芳，绿色阻垢缓蚀剂聚天冬氨酸的研制及性能研究［J］.清洗世界，2013，29（1）：19－24.

［3］仵茜，王海平，陈丽，谷宁，李春梅.碳钢－磷酸体系中聚天冬氨酸的缓蚀性能及协同缓蚀作用［J］.河北师范大学学报：自然科学版，2009，33（3）：344－346.

［4］霍宇凝，刘珊，陆柱.新型聚合物阻垢剂聚天冬氨酸的合成与性能［J］.精细化工，2000，17（10）：581－583.

［5］刘振法，吴运娟，寇建朝，等.环保型阻垢剂聚天冬氨酸的研制［J］.河北省科学院学报，2002，19（3）：186－188.

［6］刘英华，李春梅，谷宁.环境友好缓蚀剂聚天冬氨酸在自来水中对碳钢的缓蚀性能研究［J］.四川环境，2013，32（4）：11－14.