活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　在使用銀浸漬活性炭作為吸附劑的液體處理系統由316L不銹鋼制成的吸附塔縫隙發現了腐蝕情況。通過電化學實驗研究了銀浸漬活性炭對316L不銹鋼的縫隙腐蝕敏感性和自發電位的影響。發現在與活性炭接觸的樣品中觀察到縫隙腐蝕。另一方面，在pH 7.4和pH 12溶液中沒有活性炭時沒有縫隙腐蝕。通過與活性炭接觸，觀察到自發電位的明顯增強，這明顯高于縫隙腐蝕的再鈍化潛力。因此，活性炭的存在顯著增加了316L不銹鋼的自發電位，并且這導致通過電化效應增加的縫隙腐蝕敏感性。

　　發現腐蝕情況的先進液體處理系統主要用于從冷卻循環中使用的污染水中去除除氚之外的所有物質。在第一個過程中，通過銫去除設備去除銫。在第二個過程中，由銫去除設備處理的溶液被送到海水淡化設備。在最后的過程中，所有類型的污染物從通過液體處理系統的脫鹽設備的反滲透濃鹽水中除去。液體處理系統由16個吸附塔組成，有8種吸附劑。通過反滲透處理增加鹽水的Cl-濃度，這導致對局部腐蝕的敏感性增加。在液體處理系統的吸附塔中，用于管道的316L不銹鋼的縫隙腐蝕發生在裝有銀浸漬的活性炭的吸附塔中，其中存在中性和堿性溶液(參見圖1)。高Cl-濃度和活性炭促進縫隙腐蝕。

　　圖1：在活性炭吸附塔中觀察到的縫隙腐蝕的例子。

　　測試評估活性炭對縫隙腐蝕敏感性

　　為實驗準備了兩種類型的樣品，無裂縫標本和帶裂縫的標本。樣品的尺寸為20×20×4mm。使用丙烯酸板形成裂縫。使用椰殼制備的載銀活性炭(活性炭+0.1%AgCl)，并使用氯化銀實現銀的浸漬。盡管粉末粒度具有寬的尺寸分布，但250-500μm的顆粒占約90%的顆粒。圖2顯示了活性炭表面結構的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像：發現其表面是多孔的，并且在大孔內部觀察到幾個中孔。在實驗期間使用恒電位儀在兩種條件下測量樣品的開路電位：與活性炭接觸和不接觸活性炭。在實驗之后，使用光學顯微鏡觀察樣品表面。測量在開路條件下進行近40小時(在中性溶液中)和24小時(在堿性溶液中)。

　　圖2：載銀活性炭表面結構的SEM圖像。

　　活性炭對縫隙腐蝕敏感性的影響

　　使用光學顯微鏡觀察實驗后樣品的表面形態，如圖3所示。在中性和堿性溶液中未與活性炭接觸的樣品中未觀察到縫隙腐蝕。另一方面，在中性和堿性測試溶液中與活性炭接觸的樣品上發生縫隙腐蝕。這些結果清楚地表明，當樣品與活性炭接觸時，縫隙腐蝕敏感性增加。在中性測試溶液的情況下，最大腐蝕深度為130μm并且縫隙腐蝕傳播以覆蓋樣品的幾乎所有褶皺區域。在堿性測試溶液的情況下，最大腐蝕深度為25μm并且腐蝕區域遠小于中性溶液的情況。這些結果表明，在中性溶液的情況下腐蝕區域和深度更大，這表明在吸附塔中發生實際腐蝕。在堿性溶液的情況下腐蝕面積和深度較小的原因被認為是Fe(OH)2的溶解速率的事實堿性溶液減少，這導致腐蝕速率降低。基本上，在陽極部位的pH降低至去鈍化pH是縫隙腐蝕開始和傳播所必需的。考慮到這個方面，還可以解釋縫隙腐蝕行為的差異。

　　圖3：縫隙腐蝕實驗后樣品的表面形態。(a)沒有用銀浸漬的活性炭，(b)用銀浸漬活性炭(在中性溶液中)，和(c)用銀浸漬活性炭(在堿性溶液中)。

　　中性和堿性溶液中試樣的開路電位隨時間的變化如圖4所示。與銀浸漬活性炭接觸的樣品的開路電位在最初階段是高的，然后在中性和堿性溶液的實驗開始時急劇下降。根據這些結果，認為在實驗開始時發生縫隙腐蝕，當樣品與銀浸漬活性炭接觸時開路電位降低。結果表明“電化學效應”是嚴重縫隙腐蝕的主要原因。

　　圖4：在中性和堿性溶液中的縫隙腐蝕實驗期間，樣品的開路電位隨時間的變化。(a)中性溶液和(b)堿性溶液。

　　如果在上述實驗中發生電偶腐蝕，則載銀活性炭的表面應作為陰極部位。對比了測量的陰極極化曲線。在測量開始時，與活性炭接觸的不銹鋼的電流密度顯著高于未與活性炭接觸的樣品的電流密度。從結果可以得出結論，大部分陰極電流來自載銀活性炭表面的陰極反應。從這些結果可以看出，由于載銀活性炭的大表面積上的附加陰極反應，促進了316L不銹鋼的陰極反應。

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