水处理剂之有机取代羧酸和有机杂环化合物

 

低级的有机羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸等，高级的有机羧酸如月桂酸、硬脂酸等都不是水介质中的缓蚀剂，有的甚至是金属的腐蚀剂。在水处理中用作缓蚀剂的有机羧酸是取代羧酸。

正十二酰基丙二胺三乙酸是一个在水溶液中对碳钢有极好缓蚀作用的缓蚀剂，也是一个极好的整合剂和表面活性剂，它在单独使用时有96%的缓蚀率，如加入Zn2+离子，则缓蚀率可以达到98%。α-巯基月桂酸也有很好的缓蚀作用，浓度在250mg/L时，对碳钢有96%的缓蚀作用。十二烷基硫醇乙酸浓度为100mg/L并加入一定量锌离子时，对碳钢的缓蚀率也可达91%。动电位极化曲线研究表明，十二烷甚硫醇乙酸主要是阳极抑制剂，总阳极抑制率可以达到88%~92%,它们和酰胺羧酸类似,主要是与金城表面带部分正电荷的原子或离子形成一种2个双五元环螯合膜而保护金属。

尽管有机取代羧酸类化合物有很好的缓蚀作用，但是目前价格仍然比较高，只有在特殊的场合下才有可能作缓蚀剂使用。

 

有机杂环化合物类缓蚀剂的品种较多，尤其在酸性介质中应用相当广泛，但由于其可能存在负面的环境影响，在水处理中的应用品种主要就只有噻唑和三氮唑类化合物,其中以铜及其合金特效缓浊剂巯基苯并噻唑(MBT)和苯并三氮唑(BTA)及其衍生物最为典型。

（1）巯基苯并嗥唑（MBT)，纯的巯基苯并噻唑为淡黄色粉末，微臭，有苦味，密度为1.42X103kg/m3,熔点为178°C~180°C。MBT在水中的溶解度较小，投加时常用它的钠盐。工业上可用由苯胺，二硫化碳和硫磺来制备：

 

巯基上的氢原子能在水溶液中游离出H+离子，它的负离子能与Cu2+离子配位成十分稳定、在水中几乎不溶解的配合物。当MBT和金属铜表面上的活性铜原子或Cu2+离子产生蝥合作用，形成的螯合物也可能与金属表面的氧化亚铜再发生化学吸附作用，在金属表面形成一层保护膜。这层保护膜十分致密和牢固.虽然仅几个分子层厚,约几个nm,但可以使铜设备具有很好的缓蚀效果，相应地可抑制由于Cu2+离子造成的碳钢设备的缝隙腐蚀和点腐蚀。

(2)苯并三氮唑（BTA)及其衍生物。巯基苯并嗥唑具有异味，且使用时需用强碱溶解，现水处理中基本都为苯并三氮唑及其衍生物所取代。苯并三氮唑的结构式亦可视作是由一个苯分子和一个三氮唑分子并合而成的。在水溶法中它也能解离：

 

一般认为苯并三氮唑对铜及铜合金的缓蚀作用,这是由于它的负离子和亚铜离子形成了一种稳定的网状不溶性的配合物，这种配合物吸附在金属表面上，形成了一层稳定的和惰性的保护膜。这层保护膜很薄，但在各种介质中仍然很稳定。苯并三氮唑在pH值为5.5~10的范围内缓蚀作用都很好，但在低pH值的介质中缓蚀作用降低，这可能是在酸性溶液中，抑制了苯并三氮唑在水中的解离，使苯并三氮唑负离子减少的缘故。

在室温的水溶液中,BTA对金属铜的保护膜完全形成所需的时长大约为34小时,但如果提高温度，则所需时间将大大缩短。苯并三氮唑的使用浓度一般为1mg/L，BTA的耐氧化能力虽然比MBT要好，但氯同样会使它的缓蚀率下降，苯并三氮唑的合成制备方法如下:

 

由于乙酰苯胺的硝化反应，对位产物占79%，邻位产物仅占19%,而制备苯并三氮唑使用的为邻位产物，对位产物是副产品,用途有限，所以BTA产品成本较高。

寻找价廉髙效的铜及其合金缓蚀剂，一直是水处理药剂研究的热点之一，其中BTA化合物的甲基、羟基、羧基等衍生物是较为成功的例子。如带有甲基的苯并三氮唑的缓蚀能力比苯并三氮唑更好，而价格反比苯并三氮唑更低廉，其合成制备路线如下：

 

反应原料对甲基乙酰苯胺分子中，对位已被甲基占去，因此继续硝化反应的主要产物是邻位的，因此甲基苯并三氮唑（MBTA或TTA)生产的成本相对较低。

甲基苯并三氮唑的缓蚀能力比苯并三氮唑更好，这是因为它对铜和铜合金的缓蚀机理和苯并三氮唑相似，苯环上多了一个甲基相当于多增加了一个疏水基中的碳链长度，因而疏水能力增加，也使溶解氧向金属表面扩散的能垒增加，另外甲基可能使N原子上的电子云增加,从而使MBTA与铜原子的配位能力增强。

BTA的羟基、竣基衍生物增加了该类缓蚀剂的溶解性能。