HEDP ماده موثر در تصفیه آب

فسفونات ها ترکیبات شناخته شده ای هستند که دارای پیوند اسید لوییس –R(CP) (OHh) بوده و با پیوند CP کووالانسی پایدار مشخص می شوند. یکی از مهم ترین این ترکیبات ۱-هیدروکسی اتان-۱و۱-دی فسفونیک اسید (HEDP) می باشد. این ترکیب یک لیگاند چند دندانه است که در محیط های آبی با اکثر یون های فلزی کمپلکس تشکیل می دهد. اگرچه در ابتدا در زمینه تصفیه آب برای كنترل رسوب مورد استفاده قرار گرفت. اگرچه HEDP به تنهایی می تواند در کنترل جزیی خوردگی فولاد خفیف (کم کربن) در محلول های حاوی اکسیژن موثر باشد اما HEDP در اصل در تصفیه آب به منظور کنترل رسوب کاربرد دارد. کنترل خوردگی با استفاده از HEDP در محلول های آبی به خصوص در مورد خوردگی آهن و فولاد به طور گسترده ای مورد مطالعه قرار گرفته است. HEDP جز بازدارنده های خوردگی حدواسط طبقه بندی می شود چراکه از طریق تشکیل ترکیبات ضعیف با یون های فلزی باعث کنترل خوردگی فلزات در شرایط خنثی می شود. این ترکیبات به صورت یک لایه محافظ سه بعدی روی سطح را می پوشاند. HEDP کاربرد گسترده ای در صنعت تصفیه آب و فاضلاب دارد که به ویژگی هایی همچون سمیت کم ، پایداری بالا در برابر هیدرولیز و غیر آلاینده بودن آن بر می گردد.

ویژگی های شیمیایی HEDP

روش تولید HEDP

روش های مختلفی برای تهیه HEDP وجود دارد. شرکت های مشهور جهانی مانند Proctor and Gamble، Monsanto، Albright and Wilson و Henkel برای تهیه HEDP روش های خاص خود را به ثبت رسانده اند. یکی از محبوب ترین روش های تهیه HEDP ، اضافه کردن PCl3 به محلول آبی اسید استیک و سپس گرم کردن محلول در محدوده ۳۷۳ K تا ۳۸۸ K به مدت یک ساعت و سپس خنک کردن آن تا دمای ۳۴۳ K است.
سنتز HEDP با افزودن PCl3 ، CH3COOH و آب با نسبت به ترتیب ۱ به ۳٫۲ به ۱٫۲ بهبود پیدا می کند. فسفونات ها در آب بسیار محلول هستند ، در حالی که فسفونیک اسیدها به سختی محلول در آب هستند. فسفونات ها فرار نبوده و در حلال های آلی حل نمی شوند.

واکنش تولید HEDP

ساختار شیمیایی و پایداری HEDP

فسفونات ها برخلاف فسفات های معدنی دهیدراته مولکولی ، از نظر هیدرولیتیکی پایدار هستند ودارای فرمول به شکل زیر هستند:

پایداری بالای HEDP توسط پژوهشگران متعددی نشان داده شده است. HEDP در آزمایش های تجزیه متعددی از جمله: جوشیدن به مدت ۷ روز و تابش اشعه UV برای یک روز تجزیه نشده است.. این پایداری هیدرولیکی باعث می شود HEDP به عنوان یک ماده ضدرسوب در دیگ های بخار صنعتی عمل کند. پایداری هیدرولیتیکی HEDP به پیوند مستقیم ایجاد شده بین اتم فسفر و کربن نسبت داده می شود.

HEDP و کاربرد آن در صنعت

کاربرد HEDP به عنوان ضدخوردگی

HEDP در جلوگیری از خوردگی فلزات و آلیاژها

مواد افزودنی مورد استفاده در آب های خنک کننده صنعتی عمدتا نمک های معدنی بودند. اما اخیراً پکیج های افزودنی به طور فزاینده ای با ترکیبات آلی جایگزین شده اند. این امر منجر به کاهش تأثیرات زیست محیطی شده است. در میان مواد افزودنی آلی مورد بررسی ، HEDP تأثیر مهمی دارد. به طور کلی می توان گفت که رفتار ضدخوردگی را می توان با کاربرد در کنار سایر مهار کننده های خوردگی افزایش داد. بنابراین با استفاده از چنین فرمولاسیون های بازدارنده می توان فلزات و آلیاژها را به طور موثری در برابر خوردگی محافظت کرد.

HEDP ضدخوردگی آهن

HEDP یکی از پر کاربردترین اسید فسغونیک ها در زمینه آلیاژهای آهن و کربن است. در ابتدا تحقیقات بسیار کمی در زمینه تاثیر HEDP در کنترل خوردگی فولاد ضدزنگ وجود داشت اما HEDP در کنترل خوردگی فولاد حاوی کروم و در حضور محلول سولفوریک اسید ثابت شده بود. بعدا خاصیت مهار خوردگی توسط HEDP روی فولاد ضدزنگ هم به اثبات رسید به طوریکه این ویژگی ضدخوردگی در غلظت های کمتر از ۵۰ ppm مشاهده گردید. و در غلظت های بالاتر خاصیت ضدخوردگی HEDP کاهش می یابد چرا که کمپلکس بین یون های آهن و HEDP تشکیل می شود.

HEDP ضدخوردگی فلزات بدون آهن

در کنار آهن و آلیاژهای کربن آن فسفونیک اسیدها در سیستم خنک کننده صنعتی ، از آلومینیوم و آلیاژهای آن نیز در برابر خوردگی محافظت می کنند. هنگامی که آلیاژهای آلومینیوم و یا آلیاژ های آن در معرض فسفریک اسید قرار می گیرند، Al2O3 هیدراته تشکیل می شود ، که به شکل رسوبات روی دیواره های دیگ باقی مانده و باعث انتقال دشوار حرارت می شود. همچنین مطالعاتی در زمینه خواص مهارکنندگی HEDP در خوردگی مس وجود دارد. با استفاده از HEDP در چرخش آب خنک کننده در لوله های کندانسور که از مس و برنج ساخته شده اند نه تنها خوردگی مهار می شود بلکه رسوبات نیز حذف می گردند.

کارایی HEDP به عنوان ماده ضد خوردگی

HEDP یک ضدخوردگی آندی با راندمان متوسط است. گزارش های زیادی در مورد اثر مهارکنندگی HEDP وجود دارد. در یکی از مطالعات صورت گرفته ۱۲ ppm از HEDP و کلر به عنوان ضد جلبک و باکتری کش در آب گردشی سیستم خنک کننده مورد استفاده قرار گرفته است. و نتایج نشان داد که نرخ خوردگي فولاد خفيف براي دوره هاي مختلف آزمايش كمتر از ۳ ميكروگرم بود. در مطالعه دیگری رفتار ضدخوردگی HEDP بر روی فولاد کربن در محلول های حاوی اکسیژن خنثی مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج حاکی از آن بود که بالاترین عملکرد ضد خوردگی در غلظت ۰٫۰۰۰۳ مول بر لیتر بدست می آید.
در پژوهش دیگری اثر HEDP در غیرفعال کردن شیمیایی فولاد کربن در محلول خنثی اشباع شده از هوا و با استفاده از روش های الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه آن بود که ، اثر غیرفعال کردن شیمیایی با استفاده از HEDP در غلظت های بالاتر از ۰٫۰۰۱ مول بر لیتر و در pH پایین تر از ۶٫۰ قابل دستیابی نیست. همچنين نشان داده شد كه در غلظت هاي بالا مانند ۰٫۰۱ مول بر لیتر ، HEDP باعث حذف زنگ زدگی می شود. بررسی ضریب پایداری کمپلکس فسفونات آهن نشان داد که در غلظت های بیشتر از ۰٫۰۰۱ مول بر لیتر، تمایل HEDP برای تشکیل کمپلکس آهن بالاتر از تمایل مواد آهنی برای تشکیل یک لایه اکسید است. بنابراین در غلظت های بالاتر HEDP ، آهن با HEDP کمپلکس تشکیل داده و انحلال آهن تسریع می شود. و این بدان معناست که خوردگی آهن تسریع شده است.

HEDP در مخلوط های ضدخوردگی چند جزئی

HEDP در کنار یون های فلزی

همانطور که اشاره شدHEDP به خودی خود یک مهار کننده با بازده متوسط است. کاتیون های فلزی نقش مهمی در بهبود عملکرد مهاری HEDP دارند. از بین کاتیون های مختلف فلزی مورد مطالعه ، یون دوظرفیتی روی بهترین اثر هم افزایی را با HEDP ارائه می دهد. یون روی در غلظت بسیار کم محافظت عالی برای فلزات آهنی در کنار HEDP ارائه می دهد. سیستم Zn2+ HEDP در مهار خوردگی فولاد خفیف و ترکیب آن با مس موثر است. اثر ضدخوردگی این سیستم به میزان روی ، وجود یون های تهاجمی و pH بستگی دارد. بالاترین اثر مهارکنندگی در نسبت مولی ۲٫۷: ۱ ، یون روی به HEDP ، و با غلظت روی ۶۰ ppm روی بدست می آید. سیستمی با این شرایط در طیف گسترده pH از ۶٫۵ تا ۹٫۵ محافظت خوبی در برابر خوردگی نشان می دهد.
حضور یون دوظرفیتی کلسیم نیز ویژگی ضدخوردگی HEDP در سطوح فلزی را بهبود می بخشد. همچنین مطالعات نشان داده است که وجود یون های کلسیم وسرب دوظرفیتی باعث افزایش جذب HEDP بر روی سطح آهن می شود.

HEDP در کنار یون های فلزی و ترکیبات آلی

برای رفع نیاز مبرم به کنترل موثر خوردگی ، فرمولاسیون های متعدد ضدخوردگی با افزودن ترکیبات آلی به سیستم های کاتیونی HEDP-فلز ساخته شده است. مواد افزودنی آلی شامل ترکیباتی مانند ترکیبات آلی پلیمری ، پلی آمین ها ، اسیدهای آلی ، ترکیبات هیدروکسی و غیره است. به طور مثال سیستم کربوکسی متیل سلولز HEDP- Zn+2 روی یکی از فرمولاسیون های موثر در مهار خوردگی فولاد خفیف است. این فرمولاسیون متشکل از ۳۰۰ ppm HEDP ، ۱۰ ppm Zn+2 و ۵۰ ppm کربوکسی متیل سلولز می باشد و دارای ۸۰٪ بازده است.

HEDP در کنار کاتیون ها و ترکیبات آلی و ترکیبات معدنی

فرمولاسیون شاملHEDP با کاتیون های فلزی ، ترکیبات آلی و معدنی نیز بسیار رایج است. خاصیت ضد خوردگی نمک سدیم HEDP ، با و بدون افزودن سولفات روی و سدیم گلوکونات بر روی فولاد غیر آلیاژ در مطالعات مورد بررسی قرار گرفته است.
ضدخوردگی معدنی مولیبدات در بخشی از فرمولاسیون های متشکل از HEDP ، یون های فلزی و ترکیبات آلی به کار رفته است. تركیب مولیبدات و HEDP به دلیل كاهش تغییر در ظاهر رنگ سطح آهن ترجیح داده می شود.
فیلم محافظ تشکیل شده در سطح فولاد خفیف غوطه ور در محیط HEDP و مولیبدات روی حاوی یون های کلرید است. این فيلم محافظ فلورسانس بوده و از کمپلکس یون های آهن دوظرفیتی و HEDP ، Fe2MoO4 و Zn(OH)2 تشكيل شده و دارای بازده ۹۷٪ می باشد.

HEDP بدون یون های فلزی

محدودیت در استفاده از مهارکننده های خوردگی بر پایه فلزات سنگین منجر به توسعه فرمولاسیون های ضد خوردگی عاری از فلزات و ایمن برای محیط زیست گردید. تعداد این فرمول ها بسیار اندک است ، اگرچه این موضوع هروز هرچه بیشتر مورد توجه قرار می گیرد. یکی از این فرمولاسیون ها شامل سیتریک اسید، HEDP، کوپلیمر های آکریلات و ایزوتیازولین است که به عنوان یک ماده ضدخوردگی و ضدرسوب دوستدار محیط زیست در سیستم های خنک کننده کاربرد دارد. اثرات مهارکنندگی این فرمولاسیون به تشکیل فیلم محافظ حاوی کلسیم فسفونات اسید اکسید آهن ارتباط دارد. این ترکیب بازدارنده همچنین از مزیت اصلاح کریستال رسوب کربنات کلسیم برخوردار است. در برخی فرمولاسیون های دیگر از عصاره برخی از مواد گیاهی به همراه HEDP برای جلوگیری از خوردگی فولاد خفیف در آب خنک کننده استفاده شده است. عصاره آبی گیاه حاوی پروتئین ، کربوهیدرات ، تیامین، تانن و غیره است جذب این ترکیبات ممکن است از طریق مراکز نیتروژن و اکسیژن فعال آن ها رخ دهد.
مهار کننده های حاوی HEDP ، آمینوفنول و دی اتانول آمین در محیطحاوی کربن دی اکسید یکی دیگر از ترکیبات مورد استفاده در این زمینه است. این مخلوط از تشكيل رسوب FeCO3 نيز جلوگيري می کند. همچنين برخي مطالعات تركيب HEDP با كرومات ، فسفات ، موليباتات و دیگر تركيبات آلي را به عنوان ضدخوردگی مورد بررسی قرار داده اند.

کاربرد HEDP به عنوان ضدرسوب

فسفونات های آلی بیشتر به دلیل خاصیت ضد رسوب شان شناخته شده هستند. یکی از این مهار کننده های چند جزئی ، HEDP است که به عنوان یک مهار کننده موثر خوردگی و رسوب عمل می کند. غلظت ۲ ppm از HEDP دارای خاصیت ضدرسوب با بازده ۷۵/۹۸ درصد است. ترکیبات فسفونات – پلیمر به طور موثری در کنترل رسوب استفاده می شوند که یکی از این فرمولاسیون ها ترکیب HEDP و پلی کربوکسیلیک اسید است.

مکانیسم عملکرد HEDP

با توجه به نوع لایه محافظی که روی سطح تشکیل می شود می توان ضدخوردگی ها را به دو دسته کلی تقسیم کرد. دسته اول ضدخوردگی های حدواسط هستند که یک لایه محافظ روی سطح فلز تشکیل می دهند. میزان جذب در این حالت وابسته است. مهار خوردگی فسفونات از این نوع است. این نوع ضد خوردگی اکثراً در سیستم های دارای سطح فلز برهنه در تماس با محیط خورنده مانند محلول های اسیدی استفاده می شود. نوع دیگر ضدخوردگی یک لایه سه بعدی ضخیم بین بستر و الکترولیت تشکیل می دهد. در این فرآیند، این لایه شامل محصولات خوردگی ، اکسیدها و/ یا مولکول های بازدارنده می شود.

جذب

مکانیسم جذب شیمیایی HEDP روی سطح فولاد مطابق با ایزوترم جذب لانگمویر ، ، در غلظت های کمتر از ۵۰ ppm از HEDP صورت می گیرد. در غلظت های بالاتر از ppm 50 ، آهن و HEDP کمپلکس تشکیل داده و رابطه خاصیت مهارکنندگی با غلظت معکوس خواهد بود. این امر باعث می شود HEDP به عنوان عامل ضدزنگ عمل کند و نه به عنوان عامل بازدارنده خوردگی. اثر مهارکنندگی در غلظت های پایین تر از ۰٫۰۰۱ مول بر لیتر HEDP به اثر آندی ناشی از ترمیم لایه اکسید ، بر می گردد. در غلظت های بالاتر تشکیل لایه اکسید به دلیل واکنش انتقال بار امکان پذیر نخواهد بود.

نقش کاتیون های دوظرفیتی

همانطور که قبلا هم اشاره شد بازده مهارکنندگی HEDP با افزودن کاتیون های دو ظرفیتی ، از جمله کاتیون های روی، کلسیم، منیزیم و غیره به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این اثر افزاینده از طریق تشکیل کمپلکس بیم کاتیون های دوظرفیتی و HEDP و در نتیجه ایجاد لایه های محلول روی سطح فلز، توضیح داده می شود.اثر مهارکنندگی حدواسط لایه های اکسید متخلخل از طریق اثر سینرژیک ترکیبی Ca- HEDP و Zn- HEDP افزایش می یابد. این اثر به دلیل تغییر ساختار و ترکیب کسیدفلز ا حاوی لایه مهارکننده در سطح است که باعث کاهش سرعت کاهش اکسیژن و میزان انحلال آهن می شود.

تشکیل لایه غیرفعال

لایه محافظ تشکیل شده بر روی سطح فولاد خفیف حاوی ترکیبات HEDP-Fe+2 و Zn(OH)2 است. مهار کننده های فسفونات از طریق حلقه مهار کننده فلز جذب می شوند. در حضور یون های کلسیم و روی می توان فیلم محافظ ضخیم تری ایجاد کرد.

سایر کاربرد های HEDP

HEDP نه تنها به عنوان یک عامل تصفیه آب شناخته می شود بلکه کاربردهایی در زمینه های درمانی نیز دارد. استفاده از HEDP برای پیشگیری و درمان پوکی استخوان ناشی از کورتیکواستروئید بسیار رایج است. Re-HEDP و سیس پلاتین برای معالجه سلول های سرطانی پروستات مورد مطالعه قرار گرفته اند. HEDP در ماده سفید کننده دندان با کاتالیزور نوری نیز کاربرد دارد. HEDP در رنگدانه های سفید به عنوان عامل ضد خوردگی غیر آلاینده نیز کاربرد دارد. و ضمنا دارای پراکندگی مناسب در پوشش است. HEDP همچنین به عنوان ماده سفید کننده و پاک کننده غیر سمی کاربرد دارد. ظروف شیشه ای یا فلزی ضد آب که برای بسته بندی محصولات غذایی و داروها مورد استفاده قرار می گیرند با استفاده از یک ترکیب حاوی HEDP ضدعفونی می شوند تا از خوردگی سطح ظروف جلوگیری شود.

جهت اطلاع از قیمت فروش HEDP با دکتر کمیکال در تماس باشید: