水處理劑之有機取代羧酸和有機雜環化合物

 

低級的有機羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸等，高級的有機羧酸如月桂酸、硬脂酸等都不是水介質中的緩蝕劑，有的甚至是金屬的腐蝕劑。在水處理中用作緩蝕劑的有機羧酸是取代羧酸。

正十二酰基丙二胺三乙酸是一個在水溶液中對碳鋼有極好緩蝕作用的緩蝕劑，也是一個極好的整合劑和表面活性劑，它在單獨使用時有96%的緩蝕率，如加入Zn2+離子，則緩蝕率可以達到98%。α-巰基月桂酸也有很好的緩蝕作用，濃度在250mg/L時，對碳鋼有96%的緩蝕作用。十二烷基硫醇乙酸濃度為100mg/L并加入一定量鋅離子時，對碳鋼的緩蝕率也可達91%。動電位極化曲線研究表明，十二烷甚硫醇乙酸主要是陽極抑制劑，總陽極抑制率可以達到88%~92%,它們和酰胺羧酸類似,主要是與金城表面帶部分正電荷的原子或離子形成一種2個雙五元環螯合膜而保護金屬。

盡管有機取代羧酸類化合物有很好的緩蝕作用，但是目前價格仍然比較高，只有在特殊的場合下才有可能作緩蝕劑使用。

 

有機雜環化合物類緩蝕劑的品種較多，尤其在酸性介質中應用相當廣泛，但由于其可能存在負面的環境影響，在水處理中的應用品種主要就只有噻唑和三氮唑類化合物,其中以銅及其合金特效緩濁劑巰基苯并噻唑(MBT)和苯并三氮唑(BTA)及其衍生物最為典型。

（1）巰基苯并嗥唑（MBT)，純的巰基苯并噻唑為淡黃色粉末，微臭，有苦味，密度為1.42X103kg/m3,熔點為178°C~180°C。MBT在水中的溶解度較小，投加時常用它的鈉鹽。工業上可用由苯胺，二硫化碳和硫磺來制備：

 

巰基上的氫原子能在水溶液中游離出H+離子，它的負離子能與Cu2+離子配位成十分穩定、在水中幾乎不溶解的配合物。當MBT和金屬銅表面上的活性銅原子或Cu2+離子產生蝥合作用，形成的螯合物也可能與金屬表面的氧化亞銅再發生化學吸附作用，在金屬表面形成一層保護膜。這層保護膜十分致密和牢固.雖然僅幾個分子層厚,約幾個nm,但可以使銅設備具有很好的緩蝕效果，相應地可抑制由于Cu2+離子造成的碳鋼設備的縫隙腐蝕和點腐蝕。

(2)苯并三氮唑（BTA)及其衍生物。巰基苯并嗥唑具有異味，且使用時需用強堿溶解，現水處理中基本都為苯并三氮唑及其衍生物所取代。苯并三氮唑的結構式亦可視作是由一個苯分子和一個三氮唑分子并合而成的。在水溶法中它也能解離：

 

一般認為苯并三氮唑對銅及銅合金的緩蝕作用,這是由于它的負離子和亞銅離子形成了一種穩定的網狀不溶性的配合物，這種配合物吸附在金屬表面上，形成了一層穩定的和惰性的保護膜。這層保護膜很薄，但在各種介質中仍然很穩定。苯并三氮唑在pH值為5.5~10的范圍內緩蝕作用都很好，但在低pH值的介質中緩蝕作用降低，這可能是在酸性溶液中，抑制了苯并三氮唑在水中的解離，使苯并三氮唑負離子減少的緣故。

在室溫的水溶液中,BTA對金屬銅的保護膜完全形成所需的時長大約為34小時,但如果提高溫度，則所需時間將大大縮短。苯并三氮唑的使用濃度一般為1mg/L，BTA的耐氧化能力雖然比MBT要好，但氯同樣會使它的緩蝕率下降，苯并三氮唑的合成制備方法如下:

 

由于乙酰苯胺的硝化反應，對位產物占79%，鄰位產物僅占19%,而制備苯并三氮唑使用的為鄰位產物，對位產物是副產品,用途有限，所以BTA產品成本較高。

尋找價廉髙效的銅及其合金緩蝕劑，一直是水處理藥劑研究的熱點之一，其中BTA化合物的甲基、羥基、羧基等衍生物是較為成功的例子。如帶有甲基的苯并三氮唑的緩蝕能力比苯并三氮唑更好，而價格反比苯并三氮唑更低廉，其合成制備路線如下：

 

反應原料對甲基乙酰苯胺分子中，對位已被甲基占去，因此繼續硝化反應的主要產物是鄰位的，因此甲基苯并三氮唑（MBTA或TTA)生產的成本相對較低。

甲基苯并三氮唑的緩蝕能力比苯并三氮唑更好，這是因為它對銅和銅合金的緩蝕機理和苯并三氮唑相似，苯環上多了一個甲基相當于多增加了一個疏水基中的碳鏈長度，因而疏水能力增加，也使溶解氧向金屬表面擴散的能壘增加，另外甲基可能使N原子上的電子云增加,從而使MBTA與銅原子的配位能力增強。

BTA的羥基、竣基衍生物增加了該類緩蝕劑的溶解性能。