بایگانی دسته ی مقالات ضد رسوب

برای خرید مواد شیمیایی و هیدروکسی اتیل دی فسفونیک اسید در صنایع متعدد می‌توانید با شماره زیر با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال در ارتباط باشید.

02166568403 تماس

اتیدرونیک اسید چیست؟

فسفونات‌ها ترکیبات شناخته شده‌ای هستند که دارای پیوند اسید لوییس –R(CP) (OHh) بوده و با پیوند CP کووالانسی پایدار مشخص می‌شوند. یکی از مهم‌ترین این ترکیبات 1-هیدروکسی اتان-1و1-دی فسفونیک اسید (HEDP) می‌باشد. این ترکیب به نام‌های اتیدرونیک اسید و یا هیدروکسی اتیلیدن دی فیفونیک اسید شناخته می‌شود و دارای شناسه CAS-number، ۲۸۰۹-۲۱-۴ می‌باشد. فرمول مولکولی این ترکیب C2H8O7P2 بوده و به نام تجاری Belclene 660 نیز شناخته می‌شود.

این ترکیب یک لیگاند چند دندانه است که در محیط‌های آبی با اکثر یون‌های فلزی کمپلکس تشکیل می‌دهد. اگرچه در ابتدا در زمینه تصفیه آب (خرید مواد شیمیایی تصفیه آب) برای كنترل رسوب مورد استفاده قرار گرفت.

این ترکیب به تنهایی می‌تواند در کنترل جزیی خوردگی فولاد خفیف (کم کربن) در محلول‌های حاوی اکسیژن موثر باشد، اما اتیدرونیک اسید در اصل در تصفیه آب به منظور کنترل رسوب کاربرد دارد. کنترل خوردگی با استفاده از HEDP در محلول‌های آبی به خصوص درمورد خوردگی آهن و فولاد به طور گسترده‌ای مورد مطالعه قرار گرفته است.

هیدروکسی اتیلیدن دی فیفونیک اسید جز بازدارنده‌های خوردگی حد واسط طبقه‌بندی می‌شود، چراکه از طریق تشکیل ترکیبات ضعیف با یون‌های فلزی باعث کنترل خوردگی فلزات در شرایط خنثی می‌شود. این ترکیبات به صورت یک لایه محافظ سه بعدی روی سطح را می‌پوشاند. این نوع ترکیب کاربرد گسترده‌ای در صنعت تصفیه آب و فاضلاب دارد که به ویژگی‌هایی همچون سمیت کم، پایداری بالا در برابر هیدرولیز و غیر آلاینده بودن آن بر می‌گردد.

بیشتر بخوانید: ضدخوردگی

ویژگی های شیمیایی HEDP

اتیدرونیک اسید یک اسید ارگانو فسفریک ضدخوردگی است. این ماده می‌تواند با یون‌های آهن، مس و روی کی لیت شود و ترکیبات پایدار کلیتی را تشکیل دهند. این ماده می‌تواند مواد اکسیده شده را روی سطوح این فلزات حل کند. دارای اثرات ضدرسوب و ضدخوردگی در دمای ۲۵۰ درجه است. HEDP از پایداری شیمیایی خوبی در PH بالا برخوردار است، به سختی هیدرولیز می‌شود و در شرایط نوری و گرمای معمولی تجزیه نمی‌شود ، تحمل آن در مجاورت اسید باز و کلر آن نسبت به سایر ارگانو فسفریک اسیدها (نمک) بهتر است.

همچنین می‌تواند با یون‌های فلزی در سیستم آب واکنش نشان دهد تا یک کمپلکس کی لیتی شش جزئی، دارای یون کلسیم را تشکیل دهد. بنابراین این ترکیب دارای اثر ضدرسوبی بوده و هنگامی که به همراه سایر مواد شیمیایی تصفیه آب به کار می‌رود، اثرات هم‌افزایی خوبی را نشان می‌دهد. حالت جامد اتیدرونیک اسید به شکل پودر کریستالی است که برای استفاده در مناطق زمستانی و شرایط انجماد مناسب است.

Clear, water-white to pale yellow solution	Appearance
58.0-62.0%	Active content
1.42-1.47	Specific gravity at(20◦ C)
2.0 Max	pH(1% solution)
10ppm Max	Iron(Fe)
450 Min	Ca Sequestration (mg CaCO3/g)
2.0% Max	Phosphorous acid(as PO33-)
0.8% Max	Phosphoric acid(as PO43-)

روش تولید اتیدرونیک اسید

روش‌های مختلفی برای تهیه HEDP وجود دارد. شرکت‌های مشهور جهانی مانند Proctor and Gamble، Monsanto، Albright and Wilson و Henkel برای تهیه آن روش‌های خاص خود را به ثبت رسانده‌اند. یکی از محبوب‌ترین روش‌های تهیه آن اضافه کردن PCl₃ به محلول آبی اسید استیک و سپس گرم کردن محلول در محدوده 373 K تا 388 K به مدت یک ساعت و  سپس خنک کردن آن تا دمای 343 K است.

سنتز HEDP با افزودن PCl₃ ، CH₃COOH و آب با نسبت به ترتیب 1 به 3.2 به 1.2 بهبود پیدا می‌کند. فسفونات‌ها در آب بسیار محلول هستند، در حالی که فسفونیک اسیدها به سختی محلول در آب هستند. فسفونات‌ها فرار نبوده و در حلال‌های آلی حل نمی‌شوند.

ساختار شیمیایی و پایداری HEDP

 فسفونات‌ها برخلاف فسفات‌های معدنی دهیدراته مولکولی، از نظر هیدرولیتیکی پایدار هستند و دارای فرمول به شکل زیر هستند:

پایداری بالای اتیدرونیک اسید توسط پژوهشگران متعددی نشان داده شده است. HEDP در آزمایش‌های تجزیه متعددی از جمله جوشیدن به مدت 7 روز و تابش اشعه UV برای یک روز تجزیه نشده است. این پایداری هیدرولیکی باعث می‌شود این ترکیب به عنوان یک ماده ضدرسوب در دیگ‌های بخار صنعتی عمل کند. پایداری هیدرولیتیکی آن به پیوند مستقیم ایجاد شده بین اتم فسفر و کربن نسبت داده می‌شود.

HEDP و کاربرد آن در صنعت

HEDP به عنوان ضدرسوب و ضدخوردگی در سیستم گردش آب خنک کننده، میادین نفتی و دیگ بخار کم فشار در زمینه‌هایی از قبیل برق، صنایع شیمیایی، متالورژی، کود و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده در صنعت نساجی (فروش مواد شیمیایی نساجی)، به عنوان ماده شوینده کاربرد دارد. در صنعت رنگرزی نیز به عنوان پایدارکننده پراکسید و تثبیت‌کننده رنگ استفاده می‌شود. در آبکاری غیر سیانیدی هم به عنوان عامل کی لیت‌ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دوزهای کاربردی اتیدرونیک اسید عبارتند از: دوز ۱-۱۰mg / L به عنوان ضدرسوب ، ۱۰-۵۰mg / L به عنوان ضدخوردگی و ۱۰۰۰-۲۰۰۰mg / L به عنوان ماده شوینده (خرید مواد شیمیایی شوینده) ترجیح داده می‌شود. معمولاً از HEDP به همراه پلی کربوکسیلیک اسید استفاده می‌شود. به دلیل خلوص بالا، می‌تواند به عنوان ماده تمیزکننده در زمینه‌های الکترونیکی و به عنوان مواد افزودنی در مواد شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.

کاربرد اتیدرونیک اسید به عنوان ضدخوردگی

HEDP در جلوگیری از خوردگی فلزات و آلیاژها

مواد افزودنی مورد استفاده در آب‌های خنک کننده صنعتی عمدتاً نمک‌های معدنی بودند. اما اخیراً پکیج‌های افزودنی به طور فزاینده‌ای با ترکیبات آلی جایگزین شده‌اند. این امر منجر به کاهش تاثیرات زیست محیطی شده است. در میان مواد افزودنی آلی مورد بررسی هیدروکسی اتیلیدن دی فیفونیک اسید تاثیر مهمی دارد. به طور کلی می‌توان گفت که رفتار ضدخوردگی را می‌توان با کاربرد در کنار سایر مهارکننده‌های خوردگی افزایش داد. بنابراین با استفاده از چنین فرمولاسیون‌های بازدارنده می‌توان فلزات و آلیاژها را به طور موثری در برابر خوردگی محافظت کرد.

هیدروکسی اتیلیدن دی فیفونیک اسید ضدخوردگی آهن

Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid یکی از پرکاربردترین اسید فسفونیک‌ها در زمینه آلیاژهای آهن و کربن است. در ابتدا تحقیقات بسیار کمی در زمینه تاثیر HEDP در کنترل خوردگی فولاد ضدزنگ وجود داشت، اما این ترکیب در کنترل خوردگی فولاد حاوی کروم  و در حضور محلول سولفوریک اسید ثابت شده بود. بعداً خاصیت مهار خوردگی توسط آن روی فولاد ضدزنگ هم به اثبات رسید به طوریکه این ویژگی ضدخوردگی در غلظت‌های کمتر از 50 ppm مشاهده گردید و در غلظت‌های بالاتر خاصیت ضدخوردگی آن کاهش می‌یابد. چرا که کمپلکس بین یون‌های آهن و اتیدرونیک اسید تشکیل می‌شود.

اتیدرونیک اسید 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 می‌کنند. هنگامی که آلیاژهای آلومینیوم و یا آلیاژهای آن در معرض فسفریک اسید قرار می‌گیرند، Al2O3 هیدراته تشکیل می‎‌شود که به شکل رسوبات روی دیواره‌های دیگ باقیمانده و باعث انتقال دشوار حرارت می‌شود. همچنین مطالعاتی در زمینه خواص مهارکنندگی HEDP در خوردگی مس وجود دارد. با استفاده از این ترکیب در چرخش آب خنک کننده در لوله‌‎های کندانسور که از مس و برنج ساخته شده‌اند نه تنها خوردگی مهار می‌شود، بلکه رسوبات نیز حذف می‌گردند.

کارایی HEDP به عنوان ماده ضد خوردگی

HEDP یک ضدخوردگی آندی با راندمان متوسط است. گزارش‌های زیادی در مورد اثر مهارکنندگی آن وجود دارد. در یکی از مطالعات صورت گرفته 12 ppm از هیدروکسی اتیلیدین دی فسفونیک اسید و کلر به عنوان ضد جلبک و باکتری‌‎کش در آب گردشی سیستم خنک کننده مورد استفاده قرار گرفته است.

نتایج نشان داد که نرخ خوردگي فولاد خفيف برای دوره‌های مختلف آزمايش كمتر از 3 ميكروگرم بود. در مطالعه دیگری رفتار ضدخوردگی این نوع ترکیب بر روی فولاد کربن در محلول‌های حاوی اکسیژن خنثی مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج حاکی از آن بود که بالاترین عملکرد ضدخوردگی در غلظت 0.0003 مول بر لیتر بدست می‌آید.

در پژوهش دیگری اثر HEDP در غیرفعال‌کردن شیمیایی فولاد کربن در محلول خنثی اشباع شده از هوا و با استفاده از روش‌های الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه آن بود که اثر غیرفعال کردن شیمیایی با استفاده از Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid در غلظت‌های بالاتر از 0.001 مول بر لیتر و در pH پایین‌تر از 6.0 قابل دستیابی نیست.

همچنين نشان داده شد كه در غلظت‌هاي بالا مانند 0.01 مول بر لیتر، اتیدرونیک اسید باعث حذف زنگ‌زدگی می‌شود. بررسی ضریب پایداری کمپلکس فسفونات آهن نشان داد که در غلظت های بیشتر از 0.001 مول بر لیتر، تمایل HEDP برای تشکیل کمپلکس آهن بالاتر از تمایل مواد آهنی برای تشکیل یک لایه اکسید است. بنابراین در غلظت‌های بالاتر هیدروکسی اتیل دی فسفونیک اسید آهن با Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid کمپلکس تشکیل داده و انحلال آهن تسریع می‌شود.  و این بدان معناست که خوردگی آهن تسریع شده است.

اتیدرونیک اسید در مخلوط های ضدخوردگی چند جزئی

HEDP در کنار یون های فلزی

همانطور که اشاره شد HEDP به خودی خود یک مهارکننده با بازده متوسط است. کاتیون‌های فلزی نقش مهمی در بهبود عملکرد مهاری آن دارند. از بین کاتیون‌های مختلف فلزی مورد مطالعه، یون دوظرفیتی روی بهترین اثر هم‌افزایی را با هیدروکسی اتیل دی فسفونیک اسید ارائه می‌دهد. یون روی در غلظت بسیار کم محافظت عالی برای فلزات آهنی در کنار این ترکیب ارائه می‌دهد.

سیستم Zn²⁺  Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid در مهار خوردگی فولاد خفیف و ترکیب آن با مس موثر است. اثر ضدخوردگی این سیستم به میزان روی، وجود یون‌های تهاجمی و PH بستگی دارد. بالاترین اثر مهارکنندگی در نسبت مولی 2.7: 1، یون روی به HEDP، و با غلظت روی 60 ppm روی بدست می‌آید. سیستمی با این شرایط در طیف گسترده PH از 6.5 تا 9.5 محافظت خوبی در برابر خوردگی نشان می‌دهد.

حضور یون دوظرفیتی کلسیم نیز ویژگی ضدخوردگی اتیدرونیک اسید در سطوح فلزی را بهبود می‌بخشد. همچنین مطالعات نشان داده است که وجود یون‌های کلسیم و سرب دو ظرفیتی باعث افزایش جذب این ترکیب بر روی سطح آهن می‌شود.

HEDP در کنار یون های فلزی و ترکیبات آلی

برای رفع نیاز مبرم به کنترل موثر خوردگی، فرمولاسیون‌های متعدد ضدخوردگی با افزودن ترکیبات آلی به سیستم‌های کاتیونی HEDP-فلز ساخته شده است. مواد افزودنی آلی شامل ترکیباتی مانند ترکیبات آلی پلیمری، پلی آمین‌ها، اسیدهای آلی، ترکیبات هیدروکسی و غیره است. به طور مثال سیستم کربوکسی متیل سلولز HEDP- Zn⁺² روی یکی از فرمولاسیون‌های موثر در مهار خوردگی فولاد خفیف است. این فرمولاسیون متشکل از 300 ppm  HEDP ، 10 ppm Zn⁺² و 50 ppm کربوکسی متیل سلولز می‌باشد و دارای 80٪ بازده است.

HEDP در کنار کاتیون ها و ترکیبات آلی و ترکیبات معدنی

فرمولاسیون شامل HEDP با کاتیون‌های فلزی، ترکیبات آلی و معدنی نیز بسیار رایج است. خاصیت ضدخوردگی نمک سدیم آن 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 فرمولاسیون‌های متشکل از Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid، یون‌های فلزی و ترکیبات آلی به کار رفته است. تركیب مولیبدات و اتیدرونیک اسید به دلیل كاهش تغییر در ظاهر رنگ سطح آهن ترجیح داده می‌شود.

فیلم محافظ تشکیل شده در سطح فولاد خفیف غوطه ور در محیط HEDP و مولیبدات روی حاوی یون‌های کلرید است. این فيلم محافظ فلورسانس بوده و از کمپلکس یون‌های آهن دوظرفیتی و HEDP ، Fe2MoO4 و Zn(OH)2 تشكيل شده و دارای بازده 97٪ می‌باشد.

HEDP بدون یون های فلزی

محدودیت در استفاده از مهارکننده‌های خوردگی بر پایه فلزات سنگین منجر به توسعه فرمولاسیون‌های ضدخوردگی 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 می‌گیرد. یکی از این فرمولاسیون‌ها شامل سیتریک اسید، هیدروکسی اتیلیدین دی فسفونیک اسید، کوپلیمرهای آکریلات و ایزوتیازولین است که به عنوان یک ماده ضدخوردگی و ضدرسوب دوستدار محیط زیست در سیستم‌های 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 فرمولاسیون‌های 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 آن‌ها رخ دهد.

مهارکننده‌های حاوی Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid، آمینوفنول و دی اتانول آمین در محیط حاوی کربن دی اکسید یکی دیگر از ترکیبات مورد استفاده در این زمینه است. این مخلوط از تشكيل رسوب FeCO₃ نيز جلوگيری می‌کند. همچنين برخي مطالعات تركيب آن با كرومات، فسفات، موليباتات و دیگر تركيبات آلي را به عنوان ضدخوردگی مورد بررسی قرار داده‌اند.

کاربرد Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid به عنوان ضدرسوب

فسفونات‌های آلی بیشتر به دلیل خاصیت ضد رسوب شان شناخته شده هستند. یکی از این مهارکننده‌های چند جزئی، اتیدرونیک اسید است که به عنوان یک مهارکننده موثر خوردگی و رسوب عمل می‌کند. غلظت 2 ppm از HEDP دارای خاصیت ضدرسوب با بازده 75/98 درصد است. ترکیبات فسفونات – پلیمر به طور موثری در کنترل رسوب استفاده می‌شوند که یکی از این فرمولاسیون‌ها ترکیب هیدروکسی اتیل دی فسفونیک اسید و پلی کربوکسیلیک اسید است.

مکانیسم عملکرد هیدروکسی اتیل دی فسفونیک اسید

با توجه به نوع لایه محافظی که روی سطح تشکیل می‌شود می‌توان ضدخوردگی‌ها را به دو دسته کلی تقسیم کرد. دسته اول ضدخوردگی‌های حد واسط هستند که یک لایه محافظ روی سطح فلز تشکیل می‌دهند. میزان جذب در این حالت وابسته است. مهار خوردگی فسفونات از این نوع است. این نوع ضدخوردگی اکثراً در سیستم‌های دارای سطح فلز برهنه در تماس با محیط خورنده مانند محلول‌های اسیدی استفاده می‌شود. نوع دیگر ضدخوردگی  یک لایه سه بعدی ضخیم بین بستر و الکترولیت تشکیل می‌دهد. در این فرآیند، این لایه شامل محصولات خوردگی، اکسیدها و یا مولکول‌های بازدارنده می شود.

جذب شیمیایی اتیدرونیک اسید

مکانیسم جذب شیمیایی HEDP روی سطح فولاد مطابق با ایزوترم جذب لانگمویر، در غلظت‌های کمتر از 50 ppm از اتیدرونیک اسید صورت می‌گیرد. در غلظت‌های بالاتر از ppm 50، آهن و HEDP کمپلکس تشکیل داده و رابطه خاصیت مهارکنندگی با غلظت معکوس خواهد بود. این امر باعث می‌شود چنین ترکیبی به عنوان عامل ضدزنگ عمل کند و نه به عنوان عامل بازدارنده خوردگی. اثر مهارکنندگی در غلظت‌های پایین‌تر از 0.001 مول بر لیتر Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid به اثر آندی ناشی از ترمیم لایه اکسید، بر می‌گردد. در غلظت‌های بالاتر تشکیل لایه اکسید به دلیل واکنش انتقال بار امکان‌پذیر نخواهد بود.

نقش کاتیون های دو ظرفیتی

همانطور که قبلاً هم اشاره شد بازده مهارکنندگی HEDP با افزودن کاتیون‌های دو ظرفیتی، از جمله کاتیون‌های روی، کلسیم، منیزیم و غیره به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این اثر افزاینده از طریق تشکیل کمپلکس بیم کاتیون‌های دو ظرفیتی و Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid و در نتیجه ایجاد لایه‌های محلول روی سطح فلز، توضیح داده می‌شود. اثر مهارکنندگی حدواسط  لایه‌های اکسید متخلخل از طریق اثر سینرژیک ترکیبی Ca- HEDP و Zn- HEDP افزایش می‌یابد. این اثر به دلیل تغییر ساختار و ترکیب اکسید فلز حاوی لایه مهارکننده در سطح است که باعث کاهش سرعت کاهش اکسیژن و میزان انحلال آهن می‌شود.

تشکیل لایه غیرفعال

لایه محافظ تشکیل شده بر روی سطح فولاد خفیف حاوی ترکیبات HEDP-Fe+2 و Zn(OH)2 است. مهارکننده‌های فسفونات از طریق حلقه مهارکننده فلز جذب می‌شوند. در حضور یون‌های کلسیم و روی می‌توا‌ن فیلم محافظ ضخیم‌تری ایجاد کرد.

سایر کاربردهای HEDP

HEDP نه تنها به عنوان یک عامل تصفیه آب شناخته می‌شود، بلکه کاربردهایی در زمینه‌های درمانی نیز دارد. استفاده از آن برای پیشگیری و درمان پوکی استخوان ناشی از کورتیکواستروئید بسیار رایج است. Re-HEDP و سیس پلاتین برای معالجه سلول‌های سرطانی پروستات مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. اتیدرونیک اسید در ماده سفیدکننده دندان با کاتالیزور نوری نیز کاربرد دارد.

همچنین در رنگدانه‌های سفید به عنوان عامل ضدخوردگی غیر آلاینده نیز کاربرد دارد. ضمناً دارای پراکندگی مناسب در پوشش است. به عنوان ماده سفیدکننده و پاک‌کننده غیر سمی نیز کاربرد دارد. ظروف شیشه‌ای یا فلزی ضد آب که برای بسته‌بندی محصولات غذایی و داروها مورد استفاده قرار می‌گیرند با استفاده از یک ترکیب حاوی Hydroxyethylidene Diphosphonic Acid ضدعفونی می‌شوند تا از خوردگی سطح ظروف جلوگیری شود.