专利名称：一种评定阻垢剂性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学测量方法，更具体的说是涉及一种利用电化学方法评定冷却水系统中阻垢剂性能的方法。
背景技术：
结垢是冷却水系统普遍存在的问题，防止结垢的有效手段是开发高效安全的阻垢剂。如何准确有效地评价阻垢剂性能是阻垢剂发展的一个关键问题。目前评定阻垢剂性能的常用方法有静态阻垢法、动态模拟法、临界pH法、鼓泡法、极限碳酸盐硬度法、浊度测定法、钙离子选择电极电位分析法、玻璃电极法、恒定组分技术等。上述方法除动态阻垢法外，测定的对象均为阻垢剂抑制成垢盐类在溶液中的析出程度。但结垢造成的危害主要是沉积在管壁上的垢，若水中有较高的晶体析出量，但并不沉积和粘附在传热表面上，就不会造成很大的危害，因此直接评定金属表面的结垢程度具有重要的意义。
对阻垢剂在金属传热面上的阻垢效果评定，目前只有动态阻垢法，这种方法安全可靠，但操作过于复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠、简便、快速的评定阻垢剂在金属表面阻垢效果的方法。
本发明采用的技术方案一种评定阻垢剂性能的方法，包括下列步骤(a)分别配制空白溶液、浸泡液和测试液，浸泡液为需要评定的含不同浓度碳酸钙和阻垢剂的混合溶液，测试液为饱和碳酸钙和氯化钠的混合溶液，将一个旋转圆盘工作电极在浸泡液中浸泡直至电极表面结垢，然后将所述旋转圆盘工作电极移入测试液；(b)调整所述旋转圆盘工作电极的转速，使氧的还原反应处于极限扩散电流密度区，测量溶解氧在所述旋转圆盘工作电极表面进行的阴极还原反应极化曲线，测试过程中控制测试液的pH为10.0；(c)所述旋转圆盘电极上的极限扩散电流可用关系式(I)来表示IL＝0.62nFACbD2/3υ-1/6ω1/2(I)其中IL为电极上通过的极限扩散电流，n为反应转移电子数，F为法拉第常数，A为电极的活性面积，C为溶液中的氧浓度，D是氧的扩散系数，υ为溶液的粘度系数，ω为转速，控制C、D、υ为常数时，IL与ω1/2呈线性关系K，电极表面垢的覆盖率可用关系式(II)来计算 其中K0为空白溶液的直线斜率，K1为测试液的直线斜率。
本发明的有益效果本发明利用了溶解氧在电极表面进行的阴极还原反应，其反应电流与电极面积有关，当电极表面部分结垢时，阴极反应的活性面积减小，引起氧还原反应电流的下降。通过测定添加阻垢剂前后冷却水系统中氧还原反应电流的变化，即可获得阻垢剂对电极表面活性面积的影响，以此来表征阻垢剂的阻垢效果。本发明对阻垢剂的阻垢效果进行评定可靠、简便、快速。
图1是电化学实验装置示意图；图2是旋转圆盘工作电极在不同转速下的阴极极化曲线；图3是垢沉积前后电极表面活性面积的变化示意图；图4是相同实验体系在不同时间测得的IL～ω1/2关系图；图5不同溶液中测得的IL～ω1/2关系图。
具体实施例方式
下面通过附图对本发明进一步详细描述如图1所示阴极极化曲线测定在EG&G PARC M283恒电位仪上进行，采用M352软件系统，扫描速度为1mV/s。实验装置见图1，工作电极材料为316不锈钢，采用旋转圆盘电极(EG&G PARC 616)，对电极和参比电极分别为铂电极和饱和甘汞电极，实验温度为25℃。实验溶液包括浸泡液和测试液。浸泡液为需要评定的含不同浓度碳酸钙和阻垢剂的溶液。测试液为饱和碳酸钙溶液，加入氯化钠作为支持电解质。电极先在浸泡液中浸泡1h，使电极表面结垢，然后移入测试液中进行阴极极化曲线测定。用饱和碳酸钙溶液作为测试液主要是为了防止碳酸钙的再沉积或再溶解。测试过程中控制测试液的pH为10.0。
这种电化学方法利用了溶解氧在电极表面进行的阴极还原反应。电极上进行的电化学反应电流与电极面积有关。当电极表面结垢时，反应的活性面积减小，导致反应电流的下降。因此通过测定阻垢剂存在前后氧还原反应电流的变化，即可获得阻垢剂对电极表面活性面积的影响，以此来表征阻垢剂的阻垢效果。对含溶解氧的中性溶液进行阴极极化，在电极表面将发生氧的还原发应氧的阴极还原过程一般受扩散极化控制，测定过程中采用旋转圆盘电极作为工作电极。由于旋转圆盘电极的设计特性，旋转圆盘电极上各点的扩散层厚度是均匀的，使旋转圆盘电极上电流密度呈均匀分布，从而克服了平面电极受对流影响不均匀的缺点。旋转圆盘电极转速的变化将引起电极表面扩散层厚度的变化，从而改变氧阴极还原反应速度。图2为不同转速下氧的阴极极化曲线，可见转速增加使氧还原反应的极限扩散电流增大。在-800～-1000mV范围内，氧的还原反应处于极限扩散电流密度区，此时电极上的极限扩散电流达到稳定值，不受电位变化的影响。图2是电极在不同转速下的阴极极化曲线，转速1)0rpm；2)400rpm；3)800rpm；4)1200rpm。旋转圆盘电极上的极限扩散电流与转速之间存在如下关系IL＝0.62nFACbD2/3υ-1/6ω1/2(I)其中IL为电极上通过的极限扩散电流，n为反应转移电子数，F为法拉第常数，A为电极的活性面积，C为溶液中的氧浓度，D是氧的扩散系数，υ为溶液的粘度系数，ω为转速。当测定体系(温度、溶液组成等)一定时，C、D、υ为常数。在某一试验条件下当电极表面垢的生成和溶解达到动态平衡时，电极的活性面积A为定值，此时IL与ω1/2呈线性关系，直线的斜率就直接反映了电极表面活性面积的大小。电极表面结垢时，电极的活性面积减少，如图3所示，极限扩散电流I L随活性面积的减少而减小，从而使IL～ω1/2图的直线斜率下降。因此通过测定某条件下IL～ω1/2图求得直线斜率并与空白值比较，就可判断该条件下水质对电极表面的结垢能力，并可求得电极表面垢的覆盖率。测定阻垢剂的阻垢性能时，直线斜率越大，表明阻垢剂的阻垢性能越好。
实施例首先我们就这种电化学方法的重现性进行实验。图4为相同的实验体系在不同时间(直线1和直线2分别对应于第一天和第三天)下测得的IL～ω1/2图，直线1和直线2基本重合，说明该法的实验重现性较好。
利用该法对三种不同溶液的结垢趋势进行了评价。三种溶液分别为空白溶液、400mg/L CaCO3超饱和溶液及含20mg/L阻垢剂的超饱和溶液。将电极在上述三种溶液中浸泡1小时后，取出用丙酮漂洗，在测试液中测定阴极电流。当旋转圆盘电极的转速为1200转/分(rpm)时，在三种溶液中分别浸泡的三个电极的极限扩散电流IL为687μA/cm2(空白溶液)、402μA/cm2(超饱和溶液)和619μA/cm2(含阻垢剂的超饱和溶液)。结垢后电极的IL明显减小，但加了阻垢剂后，IL又有显著增加。
图5为在上述三种溶液中测得的IL～ω1/2图。从图中我们可以看出，空白溶液中直线斜率最大，CaCO3超饱和溶液中直线斜率最小，超饱和溶液中加入阻垢剂后直线斜率又变大。说明阻垢剂抑制了电极表面的结垢，从而使电极上氧还原反应的极限电流增大。电极表面垢的覆盖率可用下式计算 其中K0为空白溶液的直线斜率，K1为待测溶液的直线斜率。对图5的数据进行计算(1.空白溶液2.400mg/L CaCO3超饱和溶液3.含20mg/L阻垢剂的超饱和溶液)，结果在超饱和溶液中浸泡的电极表面垢的覆盖率为67％，加阻垢剂后金属表面垢的覆盖率降为13％。用这种方法可有效评价阻垢剂对金属表面的阻垢效果。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种评定阻垢剂性能的方法，包括下列步骤(a)分别配制空白溶液、浸泡液和测试液，浸泡液为需要评定的含不同浓度碳酸钙和阻垢剂的混合溶液，测试液为饱和碳酸钙和氯化钠的混合溶液，将一个旋转圆盘工作电极在浸泡液中浸泡直至电极表面结垢，然后将所述旋转圆盘工作电极移入测试液；(b)调整所述旋转圆盘工作电极的转速，使氧的还原反应处于极限扩散电流密度区，测量溶解氧在所述旋转圆盘工作电极表面进行的阴极还原反应极化曲线，测试过程中控制测试液的pH为10.0；(c)所述旋转圆盘电极上的极限扩散电流可用关系式(I)来表示IL＝0.62nFACbD2/3υ-1/6ω1/2(I)其中IL为电极上通过的极限扩散电流，n为反应转移电子数，F为法拉第常数，A为电极的活性面积，C为溶液中的氧浓度，D是氧的扩散系数，υ为溶液的粘度系数，ω为转速，控制C、D、υ为常数时，IL与ω1/2呈线性关系K，电极表面垢的覆盖率可用关系式(II)来计算 其中K0为空白溶液的直线斜率，K1为测试液的直线斜率。
全文摘要
本发明公开了一种评定阻垢剂性能的方法，包括下列步骤(a)配制空白溶液、浸泡液和测试液，将一个旋转圆盘工作电极在浸泡液中浸泡直至电极表面结垢，然后将电极移入测试液；(b)测量溶解氧在所述旋转圆盘工作电极表面进行的阴极还原反应极化曲线，测试过程中控制测试液的pH为10.0；(c)电极表面垢的覆盖率可用关系式(II)来计算
文档编号G01N27/416GK1793888SQ20051011096
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者葛红花, 翟祥华 申请人:上海电力学院