酸性條件下環(huán)境友好型緩蝕劑緩蝕性能及機(jī)理的研究.pdf

1、緩蝕劑保護(hù)技術(shù)在石油化工、交通運(yùn)輸及國(guó)防等各部門廣泛應(yīng)用，研制開(kāi)發(fā)合乎生產(chǎn)實(shí)踐要求的緩蝕劑至關(guān)重要，而研究緩蝕性能和機(jī)理則是更好地進(jìn)行緩蝕劑開(kāi)發(fā)的前提，因此，對(duì)緩蝕劑的性能及機(jī)理研究具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本論文對(duì)三類環(huán)境友好型有機(jī)緩蝕劑在1mol/L HCl中對(duì)碳鋼(或鋁合金)的緩蝕作用及機(jī)理進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，這些緩蝕劑包括：喹諾酮類化合物環(huán)丙沙星、諾氟沙星、氧氟沙星；2,3，5-三苯基-2 氫-四唑(TTC)和2,4,6-

2、三(2-吡啶基)-s-三嗪(TPT)：八種自行合成的三氮唑類化合物(CATM、MATM、FATM、4-DTM、5-DTM、MAOTM、DMTMT、DYTE)。主要結(jié)果是： 一、利用失重法對(duì)上述化合物在1mol/L HCl中對(duì)碳鋼(或鋁合金)的緩蝕性能進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)它們?cè)诮饘俦砻娴奈叫袨檫M(jìn)行了擬合。結(jié)果表明，隨著緩蝕劑濃度的升高，上述化合物的緩蝕效率都升高，腐蝕速度都下降，在所研究范圍內(nèi)緩蝕效率均可達(dá)90％以上；溫度的升高使得

3、緩蝕效率下降，腐蝕速度加快。同時(shí)，上述化合物在碳鋼表面的吸附行為都符合Langmuir吸附等溫線，所得緩蝕劑分子的吸附自由能都在30～40KL/mol之間，說(shuō)明緩蝕劑分子在碳鋼表面的吸附是化學(xué)吸附和物理吸附共存的吸附方式。 二、利用電化學(xué)方法對(duì)碳鋼電極在添加了緩蝕劑的腐蝕液中的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究，探討了緩蝕劑的緩蝕機(jī)理。動(dòng)電位極化曲線研究表明，上述化合物皆能不同程度地抑制金屬電極的陰陽(yáng)極反應(yīng)，表現(xiàn)為以陰極抑制為主(或陽(yáng)極抑制為

4、主)：所得極化曲線的E<,corr>都沒(méi)有出現(xiàn)明顯的漂移，說(shuō)明陰陽(yáng)極的反應(yīng)機(jī)理沒(méi)有發(fā)生改變，陰極仍為析氫反應(yīng)控制，陽(yáng)極則為溶解反應(yīng)所控制。同時(shí)脫附電位都不同程度地正移；陰陽(yáng)極反應(yīng)的腐蝕電流密度都減小，陰陽(yáng)極的Tafel斜率都不同程度地增大。交流阻抗研究表明，隨著緩蝕劑濃度的升高，極化電阻RD都增大，雙電層電容C<,dl>減小，表明電極反應(yīng)的阻力加大，緩蝕劑分子在金屬表面的吸附層變厚。研究還發(fā)現(xiàn)，溫度的升高不利于上述化合物緩蝕作用的發(fā)揮。

5、 三、通過(guò)量子化學(xué)分析得到了上述化合物的分子空間構(gòu)型、HOMO和LUMO的能量及其能量差、分子偶極矩、前沿軌道的電子和軌道密度分布，并分析了緩蝕效率、機(jī)理與上述量子化學(xué)參數(shù)的關(guān)系。結(jié)果表明，平面型的分子空間構(gòu)型、高的分子偶極矩、高的前沿軌道的電子和軌道密度分布、低的前沿軌道的能量差有利于緩蝕性能的發(fā)揮。這些結(jié)果為緩蝕劑的篩選、開(kāi)發(fā)乃至定向合成提供了一定的科學(xué)依據(jù)。 四、為了驗(yàn)證量子化學(xué)分析的正確性，并驗(yàn)證緩蝕劑分子是否在

6、金屬表面產(chǎn)生了有效的吸附，對(duì)浸沒(méi)于腐蝕液3小時(shí)后的金屬表面進(jìn)行了XPS測(cè)試。結(jié)果表明，上述化合物主要通過(guò)分子中電子、軌道密度較高的部位與金屬表面產(chǎn)生作用，所得結(jié)果與量子化學(xué)分析中得出的HOMO的電子密度分布、LUMO的軌道密度分布相互印證。 五、為直接觀察上述化合物對(duì)金屬表面的緩蝕作用，對(duì)浸沒(méi)于腐蝕液3小時(shí)后的金屬腐蝕表面進(jìn)行了SEM測(cè)試。形貌分析結(jié)果表明，緩蝕劑分子在金屬表面的吸附有效地阻止了金屬在酸液中的劇烈腐蝕，有力地佐證

7、了失重測(cè)試、電化學(xué)測(cè)試、量化分析、XPS測(cè)試中得到的結(jié)論。 六、利用橢圓偏振原位測(cè)試考察了緩蝕劑分子在腐蝕體系中的金屬表面上的吸附狀況，測(cè)試結(jié)果證實(shí)了緩蝕劑分子在金屬表面形成了吸附層，并且是物理、化學(xué)吸附共存。 將上述化合物作為酸性條件下的碳鋼(或鋁合金)緩蝕劑來(lái)研究，發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)良的緩蝕性能，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道，這為環(huán)境友好型有機(jī)緩蝕劑的開(kāi)發(fā)提供了依據(jù)：而運(yùn)用橢圓偏振方法原位考察緩蝕劑分子在金屬表面的吸附隋況，通過(guò)XPS