低温多效负压工艺下铝合金的腐蚀行为及金属配位驱动的防护机制研究
批准号:
52071198
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张大全
依托单位:
学科分类:
金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张大全
中文摘要
海水淡化是我国战略型新兴产业,低温多效(MED)海淡装置是大型负压热交换设备。铝合金热交换管成本低,MED工艺下铝合金的保护技术是我国海淡产业发展的关键之一。但是,对负压下铝合金热交换管的腐蚀行为尚需深入进行研究。本项目拟考察负压下海水气化蒸发、扩散及其对铝合金表面膜结构的影响。采用绿色缓蚀阻垢剂喹啉-2-羧酸和聚谷氨酸为模型化合物,其分子中含有氮、羧基等活性基团,能与多种金属离子(Cu2+、Fe3+等腐蚀性离子,Ca2+、Mg2+等结垢性离子)发生配位作用,具有相应的荧光发射。通过荧光显微成像技术,研究不同金属配合物的光谱行为及其在铝合金表面膜的荧光分形特征。结合微区电化学测量、表面分析和表面能计算,探讨MED使役条件下铝合金的腐蚀行为和缓蚀阻垢作用的新机制,获得MED工艺下铝合金缓蚀阻垢剂设计与筛选的理论,从而为大型MED装置铝合金热交换管应用技术开发提供指导。
英文摘要
Seawater desalination is a strategic emerging industry in China. Low-temperature multi-effect (MED) seawater desalination device is a large-scale negative pressure heat exchange equipment. Corrosion prevention of aluminum alloy heat exchange tube is the key problem restricting its industrial application in MED device. However, the corrosion characteristics and surface film structure of aluminum alloy under negative pressure need to be further studied. Quinoline compounds are the specific corrosion inhibitors of aluminum alloy. Polyamino acids are commonly used as . scale inhibitors in industrial water treatment. They are safe and non-toxic. This project intends to use quinoline-2 carboxylic acid and polyglutamic acid as the model compounds. There are nitrogen atom, carboxyl group and other corrosion and scale inhibiting active groups in its molecule. It can coordinate with a variety of metal ions (such as corrosive ions of Cu2+/Fe3+, scaling ions of Ca2+/Mg2+) to give the corresponding fluorescence emission. We plan to investigate the effect of seawater gasification and evaporation on the surface structure of aluminum alloy, and research the corrosion characteristics of aluminum alloy heat exchange tube under negative pressure. Through fluorescence spectrum and fluorescence microscopy, the spectral changes of different metal-complexes and their fractal characteristics on the surface film of aluminum alloy were studied. Combined with micro-area electrochemical measurement and surface analysis technology, the mechanism of corrosion inhibition and scale inhibition of aluminum alloy heat exchange tube under negative pressure will be discussed. It will provide a theoretical guidance for the development of the application technology of aluminum alloy heat exchange tube in the large-scale MED seawater desalination equipment.
海水淡化是我国战略型新兴产业,铝合金热交换管的应用可以大幅度提升我国大型低温多效(MED)海淡装备在国际市场的竞争力,MED工艺下铝合金缓蚀和阻垢技术是铝合金热交换管应用的关键技术。本项目采用模拟MED负压装置,通过腐蚀失重、电化学测量和表面分析方法,考察MED负压下条件下铝合金的腐蚀和结垢行为,研究铝合金缓蚀阻垢剂的作用特征。负压条件下,铝合金在海水介质中腐蚀主要受阳极过程控制。随着操作压力降低,铝合金阳极钝化区电流密度降低,但是铝合金钝化区的破裂电位没有明显改变。负压操作可以减轻铝合金在含有金属离子的海水溶液中点蚀。负压条件下,碳酸钙垢为成不规则的菱面体方解石结构,60 kPa时溶液结垢趋势最小。负压状态下喹啉类缓蚀剂能吸附在铝合金表面,主要抑制铝合金腐蚀的阳极电化学过程,但喹啉类缓蚀剂吸附量的下降,其缓蚀效率有所下降。负压条件下生物基褪黑素(MEL)对铝合金具有缓蚀作用,MEL分子中的N(9)原子和O(10)原子可与离解的Al3+离子结合形成配位化合物,形成一层络合物膜,抑制铝合金的腐蚀。本项目考察了负压下聚天冬氨酸(PASP)对碳酸钙垢的抑制作用。压力降低不改变PASP的阻垢机理,PASP与钙离子螯合作用,对方解石晶体起到晶格畸变作用,变成了不规则的片层结构。研究了聚天冬氨酸/氧化石墨烯共聚物(PASP/GO)存在时碳酸钙的形成规律,碳酸钙的形貌由方解石结构变成了规则的球霞石结构。PASP/GO的羧基、羟基和亚胺基与碳酸钙晶核配合生成配合物,阻断碳酸钙晶核的活性生长点,产生晶格畸变。纳米碳材料可以通过螯合与吸附分散作用,提高抑制硫酸钙垢形成的能力,还能够通过晶格畸变影响硫酸钙晶体的生长。计算表明氮掺杂碳量子点改性聚天冬氨酸(PASP/N-CDs)对硫酸钙的晶格畸变作用主要源于量子点材料在水体中的无规则运动。本项目研究负压下铝合金腐蚀行为和结垢特征,深入了解MED工艺下铝合金缓蚀阻垢作用机制,可为大型MED装置铝合金热交换管应用缓蚀阻垢技术开发提供理论指导。
碱性CMP工艺下新型三唑类化合物的聚集行为、浓度极值本质和缓蚀作用机制研究
-
批准号:--
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:54万元
-
批准年份:2022
-
负责人:张大全
-
依托单位:
碱性铝-空气电池缓蚀剂的复配增效规律及协同作用机制研究
-
批准号:21776172
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:64.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:张大全
-
依托单位:
铜表面三唑类缓蚀膜的点击组装及光谱性能研究
-
批准号:51571140
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:62.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:张大全
-
依托单位:
氨基酸类铜缓蚀剂的光敏组装体系及其作用机制研究
-
批准号:20776083
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:29.0万元
-
批准年份:2007
-
负责人:张大全
-
依托单位:
齐聚物在钢铁表面的吸附特性和气相缓蚀机理研究
-
批准号:20576069
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:8.0万元
-
批准年份:2005
-
负责人:张大全
-
依托单位:
国内基金
海外基金