К.х.н. Ершов М.А. *, Иванов С.А.*, д.х.н. Скворцов В.Г.**   

* Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, Россия

** Чувашский госпедуниверситет им. И.Я. Яковлева, Россия

МОЮЩЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ НАКИПИ НА ОСНОВЕ ОКСИЭТИЛИДЕНДИФОСФОНОВОЙ КИСЛОТЫ

 

         Для химической очистки от отложений солей жесткости воды в промышленности и техники используют  соли ароматических карболовых кислот, карбоновых кислот жирного ряда, оксикарбоновых кислот, а также соли фосфоновых кислот (аминофосфоновые, диаминофосфоновые, полиаминофосфоновые, гетероциклические фосфоновые кислоты). В последнее время для защиты от коррозии и образования карбонатных отложений в водных охлаждающих системах широко начали применяться фосфорсодержащие комплексоны: 1-гидрооксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилтри(метиленфосфоновая) кислота, 2-гидрооксипропилен-1,3-диамино-тетра(метиленфосфоновая) кислота. Они содержат фосфоновую группу, за счёт которой комплексоны взаимодействуют с солями жёсткости [1].

Особое вни­мание привлекают комплексоны алкилидендифосфонового ряда с ге­минальным расположением фосфоновых групп. К этому типу комп­лексонов относится 1-оксиэтилидендифосфоновая кислота С(ОН)(СН3)(РО3Н2)2. Молекула ОЭДФ очень компактна. При одном и том же атоме углерода содержатся две кислые фосфо­новые и одна гидроксильная группа, обладающая основными свойс­твами. Наличие в структуре хелата двух фосфоновых групп, способных к комплексообразованию в сильнокислой среде и высокоос­новного гидроксила, кислород которого может координироваться в кислой и нейтральных средах без депротонизации, а в щелочной с депротонизацией, обусловливает широкий диапазон рН комплексо­образования и уникальные свойства ОЭДФ.

В качестве прототипа нами был использовано моющее средство [2], содержащее: 1-гидрооксиэтилидендифосфоновую кислоту, борносульф-аминовый комплекс (БСК), лабомид, тиосемикарбазид (ТСК). Однако это моющее средство не обеспечивает достаточной защиты металла от коррозии. Кроме этого, в отопительных системах с большим количеством накипи, из-за высокой концентрации 1-гидрооксиэтилидендифосфоновой кислоты данное моющее средство превращается в кашеподобную массу, которая препятствует циркуляции данной композиции по системе отопления. В связи с этим у прототипа уменьшается скорость очистки от накипи, а у предлагаемого состава кашеобразная масса не образуется и при интенсивном перемешивании скорость очистки увеличивается.   

         Наиболее эффективным по техническому решению нами предлагается моющее средство, содержащее: 1-гидрооксиэтилидендифосфоновую кислоту, тиосемикарбазид, сульфат цинка, гидрохлорид гексаметилентетрамина (C6H12N4∙HCl) и Катапин Б-300.

Увеличение ингибирующего свойства средства перед прототипом достигается снижением концентрации ОЭДФ, повышением концентрации ТСК, исключением из состава моющего средства лабомида и борносульфаминового комплекса и введением в состав, содержащий ОЭДФ, ТСК и воду сульфата цинка, гидрохлорида гексаметилентетрамина и катапина Б-300.

                   Коррозионные исследования проводились гравиметрическим методом. Для опыта брались металлические пластины, изготовленные из стали 3, площадью поверхности по 30 см2. Перед опытом каждую пластину чистили мелкообразивной шкуркой для снятия оксидного слоя, протирали спиртом для снятия жировой плёнки, взвешивали на аналитических весах. Затем образцы помещали по три пластины в растворы с исследуемыми веществами и в дистиллированную воду для контроля. Продолжительность опыта примерно составила 30 дней. Далее пластины промывались дистиллированной водой, выдерживались в ингибированной кислоте в течение 10 минут и после этого чистились резинкой для полного удаления ржавчины и оксидной плёнки с их поверхности, выдерживались в эксикаторе до испарения остатка воды, и снова каждая пластина взвешивалась на аналитических весах.

         С помощью полученных значений начальной (mн) и конечной (mк) массы пластин определялась убыль массы по формуле: Δm = mн – mк. Находили  среднее значение убыли массы  из трёх пластин в каждом варианте и подсчитывали скорость коррозии по формуле:

 где

Δm –  убыль массы, г;

S – площадь поверхности пластинки, м2 ;

τ – продолжительность опыта, ч.

         Далее подсчитали коэффициент торможения коррозии (γ) и защитное действие (Z, %) ингибитора  по формулам:

;

 , где

ρ0 – скорость коррозии в контрольном варианте, г/ч∙м2;

ρ – скорость коррозии в варианте с исследуемыми веществами, г/ч∙м2.

         Исследования моющего свойства проведены по следующей методике. Образцы металла из Ст.3 с накипью (нерабочая поверхность образцов изолировалась эпоксидной смолой) взвешивались, помещались в сосуд с 2 л раствора при 25 и 650С и выдерживались при перемешивании до полной очистки от накипи. Температура раствора поддерживалась с помощью THERMOSTAT NBE с точностью ±0,10С, скорость вращения образцов составляла 60 об/мин. Затем образцы высушивались и повторно взвешивались.

Скорость очистки накипи определяли из соотношения

где:

mo – масса образцов до опыта;

m1 – масса образцов после опыта;

Δm – убыль массы;

S – площадь образцов;

τ -  время (продолжительность) испытаний.

         В результате исследований были получены следующие результаты, ингибирующее действие составов с увеличением концентрации ингредиентов постепенно повышается, а скорость растворения металла уменьшается в 2,3 – 4,7 раза, а защитное действие составляет 97,89%.

         Исследования моющего свойства показали, что при 250С полная очистка образца из предлагаемых составов и прототипа происходит через 10 часов. При 650С полная очистка в предлагаемых составах достигается за 2,4 – 5,8 ч. Наибольшая эффективность моющего действия наблюдается у предлагаемого состава, где скорость очистки 1,2-1,5 раза больше, чем у прототипа.

        

Литература:

         1. Дятлова Н. М. Комплексоны  и  комплексонаты  металлов / Н.М. Дятлова, В.Я. Тёмкина, К.И. Попов – М.: Химия, 1988. – 490 С.

         2. Патент РФ №2109805.  Моющее средство для очистки от накипи теплоэнергетического оборудования / Скворцов В.Г., Садетдинов Ш.В., Михайлов В.И., Митрасов Ю.Н., Бердников С.Т., Ершов М.А., Клопов Ю.Н.