硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂对20 碳钢的缓蚀性能研究

王永垒，李海云，方红霞，徐先刚

(1.黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041;2.常州联江环保科技有限公司，江苏 常州 213164)

金属腐蚀问题遍及国民经济和国防建设各个部门，给人们的生产和生活都带了一定的损失和不便［1］。近年来，腐蚀问题也越来越受到人们的重视［2-3］，金属腐蚀最严重的领域主要在金属设备的清洗，目前，用于酸洗领域中的化学缓蚀剂种类繁多［4-6］，硫脲和硫氰酸钾就是其中重要的品种。本文借助静态失重法研究了硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的最佳缓蚀配方及其在5%盐酸、5%硫酸及5%硝酸溶液中对20 碳钢的缓蚀性能，通过二者的搭配使用，能够较好的发挥二者的协同缓蚀作用从而提高缓蚀效率，在工业上有一定的指导意义。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

硫脲、硫氰酸钾、盐酸、硫酸、硝酸均为分析纯;20 碳钢腐蚀挂片(28 cm2)。

LK2006A 型电化学工作站。

1.2 失重实验及缓蚀率的计算

恒温40 ℃的条件下，将20 碳钢挂片放入含不同浓度缓蚀剂的腐蚀溶液中浸泡一段时间(5%盐酸，2 h;5%硫酸，2 h;5%硝酸，0.5 h)，每组3 个平行样;腐蚀时间到了以后，取出试样，依次用蒸馏水、酒精和丙酮清洗，冷干后称重。按公式计算20 碳钢挂片的腐蚀速率:式中 v——腐蚀速率，g/(m2·h);

Δw——腐蚀失重实验前后试样的质量差，g;

S——试样的表观面积，m2;

t——浸泡实验时间，h。

缓蚀剂对20 碳钢材质在不同腐蚀介质中的缓蚀率计算如下:

式中 η——缓蚀剂的缓蚀率，%;

v1，v0——20 碳钢腐蚀挂片在添加缓蚀剂及空白溶液下的腐蚀速率，g/(m2·h)。

2 结果与讨论

2.1 3 种酸溶液中硫脲与硫氰酸钾的质量比对20碳钢的缓蚀性能

图1 是硫脲与硫氰酸钾的质量比分别在5%盐酸、5%硫酸及5%硝酸溶液中对20 碳钢材质缓蚀性能的影响。

图1 3 种酸溶液中硫脲与硫氰酸钾的质量比对20 碳钢的缓蚀性能Fig.1 Corrosion inhibition performance of the weight ratio of thiourea to potassium thiocyanate on the 20 carbon steel in three acid solution

由图1 可知，在固定该复合缓蚀剂的添加量为0.2%时，总体上是该复合缓蚀剂在5%硝酸溶液中对20 碳钢的缓蚀性能要明显优于其在5%盐酸及5%硫酸溶液中对20 碳钢的缓蚀性能。在5%盐酸及5%硫酸溶液，随着硫脲与硫氰酸钾质量比的增加，其对20 碳钢的缓蚀率均呈现着先增加而后减少的趋势，对于5%盐酸溶液来说，当硫脲与硫氰酸钾的质量比为7∶3 时，其对20 碳钢的缓蚀性能最好，缓蚀率达到了85.1%，而对于5%硫酸溶液来说，当硫脲与硫氰酸钾的质量比为5∶5 时，其对20 碳钢的缓蚀率达到了87.3%。在5%硝酸溶液中，无论硫脲与硫氰酸钾的质量比是多少，产品的缓蚀率均在90%以上，这说明无论是硫脲还是硫氰酸钾，其对于硝酸腐蚀介质的缓蚀能力都比较优良，在实验中，随着硫脲与硫氰酸钾质量比的增加，其对20 碳钢的缓蚀率呈现轻微增加而后变化不明显的趋势，当硫脲与硫氰酸钾的质量比为7∶3 时，其对20 碳钢的缓蚀率就已经达到了99%，继续增大硫脲与硫氰酸钾的质量比，其对20 碳钢在5%硝酸溶液中的缓蚀率贡献不大。因此，对于5%盐酸和5%硝酸溶液来说，复合缓蚀剂硫脲与硫氰酸钾最佳的质量比为7 ∶3，对于5%硫酸溶液来说，复合缓蚀剂硫脲与硫氰酸钾合适的质量比为5∶5。

2.2 5%盐酸中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能

5%盐酸中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能的影响，见图2。

图2 5%盐酸溶液中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能Fig.2 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the 20 carbon steel in 5% HCl solution

由图2 可知，当固定硫脲与硫氰酸钾质量比为7∶3 时，随着该复合缓蚀剂量的增加，其对20 碳钢材质在5%盐酸溶液中的缓蚀率呈现先增加而后下降的趋势。当硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量为0.2%时，其对20 碳钢挂片在5%盐酸中的缓蚀率达到了85.1%，继续增加缓蚀剂的添加量，其对20 碳钢在5%盐酸中的缓蚀率出现下降。可能的原因是当该复合缓蚀剂量不足的时候，其在20 碳钢腐蚀挂片的表面无法形成完整的缓蚀膜，腐蚀速度很快，随着复合缓蚀剂量的增加，缓蚀膜层逐渐完整，其对20 碳钢挂片的缓蚀率急剧增加。然而，过量的缓蚀剂分子可能会在碳钢挂片的表面形成多层吸附，会降低20 碳钢挂片表面保护膜层的疏水性及产生脱附现象，此时20 碳钢材质的缓蚀率出现明显下降。因而，最佳的硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量为0.2%。

2.3 5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能

5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能的影响，见图3。

图3 5%硫酸溶液中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能Fig.3 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the carbon steel in 5% H2SO4 solution

由图3 可知，当固定硫脲与硫氰酸钾质量比为5∶5 时，随着该复合缓蚀剂量的增加，其对20 碳钢材质的缓蚀率呈现先增加而后下降的趋势。在硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量为0.2%时，其对20 碳钢在5%硫酸溶液中的缓蚀率达到最大，为87.3%，此后随着该复合缓蚀剂的增加，其对20 碳钢材质的缓蚀率出现轻微的下降趋势，这可能是由于在复合缓蚀剂添加量比较少的时候，无法在20 碳钢腐蚀挂片的表面形成完整的缓蚀膜，缓蚀率较低，随着复合缓蚀剂的增加，其对碳钢的缓蚀率进一步增加。然而，过量的缓蚀剂分子可能会在20 碳钢挂片的表面形成多层吸附，进而导致缓蚀膜层发生部分脱附，导致20 碳钢的缓蚀率略微下降。因此，在5%硫酸溶液中，最佳的硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量为0.2%。

2.4 5%硝酸溶液中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能

由图4 可知，当选用硫脲与硫氰酸钾质量比为7∶3 时，随着该复合缓蚀剂量的增加，其对20 碳钢材质在5%硝酸溶液中的缓蚀率呈现先增加而后下降的趋势。在硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量为0.15%时，其对20 碳钢在5%硝酸溶液中的缓蚀率就已达到99%，继续增加该复合缓蚀剂，其对20碳钢材质的缓蚀率没有明显增加。这可能是由于该复合缓蚀剂成分硫脲和硫氰酸钾都是性能优良的硝酸缓蚀剂的缘故。因此，在5%硝酸溶液中，适宜的硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量为0.15%。

图4 5%硝酸溶液中硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量对20 碳钢的缓蚀性能Fig.4 Corrosion inhibition performance of the amount of thiourea/potassium thiocyanate inhibitor on the carbon steel in 5% HNO3 solution

3 结论

(1)硫脲和硫氰酸钾不同质量比对20 碳钢的缓蚀性能结果表明:在5%盐酸及5%硝酸溶液中，硫脲与硫氰酸钾最佳的质量比为7∶3，在5%硫酸溶液中，硫脲与硫氰酸钾最佳的质量比为5∶5。

(2)硫脲/硫氰酸钾复合缓蚀剂的添加量在3种酸液中对20 碳钢的缓蚀结果表明:在5%盐酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸钾=7 ∶3 的质量比，最佳的复合缓蚀剂添加量为0.2%，其对20 碳钢的缓蚀率为85.1%;在5%硫酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸钾=5 ∶5 的质量比，最佳的复合缓蚀剂添加量为0.2%，其对20 碳钢的缓蚀率为87.3%;在5%硝酸溶液中，使用硫脲∶硫氰酸钾=7 ∶3 的质量比，最佳的复合缓蚀剂添加量为0.15%，其对20 碳钢的缓蚀率为99%。

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