模拟海水中三氮唑类铜缓蚀剂的性能及机理研究

论文摘要

海水中金属的防腐方法主要有:阴极保护,添加缓蚀剂,涂层或镀层,改变金属成分,转化膜技术等。其中缓蚀剂具有用量少,效率高,成本低,副作用少,适用范围广,不需要外加设备等特点,已成为金属防腐蚀研究中的一大热点。本文主要筛选了五种三氮唑类化合物——烯唑醇、烯效唑、三唑酮、己唑醇、腈菌唑作为金属铜在模拟海水(3.5% NaCl溶液)中的缓蚀剂。目前这些化合物已经在农业上广泛用作植物杀菌剂和生长调节剂,尚无用作金属缓蚀剂的相关报道。这些分子中含有大量的杂原子和不饱和结构,能够自发吸附在金属表面,从而抑制腐蚀反应的进行。与传统的铜缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)相比,这五种化合物降解性较好和毒性较低,对环境的危害甚小,而且来源广泛,具有重要的理论研究和实用价值。本文通过失重试验、动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和量子化学计算等方法研究了上述化合物在不同浓度、pH、温度、浸泡时间等条件下的缓蚀性能,并探讨其缓蚀机理。研究的主要成果如下:五种三氮唑类化合物在不同浓度条件下对铜的腐蚀均具有较好的抑制作用,且缓蚀效率随着浓度的增加而升高。其作用机理是:通过在铜表面发生较弱的化学吸附,形成一层保护膜,并遵循Langmiur吸附等温模型,同时抑制了阴极过程中氢和氧的还原,以及阳极过程中铜的溶解,降低了腐蚀电流密度(icorr),使腐蚀电位(Ecorr)略向正向移动,属于以阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。五种三氮唑类化合物在不同pH下的模拟海水中,通过吸附膜的形成,阻碍了铜与腐蚀介质的接触,抑制了腐蚀电化学反应的阴极和阳极过程,缓解了介质对铜的腐蚀,表现出良好的缓蚀性能。且在接近中性和弱碱性条件下,其缓蚀性能比酸性条件下较好。温度的升高,影响了铜表面腐蚀产物膜和缓蚀剂吸附膜的形成与稳定,使铜的腐蚀速率逐渐加快,阴极反应速率由氧的扩散控制变为氧的还原控制。但与同温度的空白实验相比,加入五种缓蚀剂以后,铜的腐蚀速率显著降低,显示出良好的缓蚀性能。五种三氮唑类化合物在30天浸泡期内均具有较高的缓蚀效率,显示出良好的持久性。浸泡初期,铜表面会迅速形成吸附膜,缓蚀效率急剧上升;浸泡一定时间后,缓蚀剂的吸附达到饱和,缓蚀效率达到最高;到浸泡后期,由于缓蚀剂的降解,缓蚀效率有所降低,但第30天时缓蚀效率仍保持较高值。利用量子化学计算,研究了五种三氮唑类化合物的化学吸附活性中心,为缓蚀剂在铜表面的吸附及不同缓蚀剂间的性能差异提供了理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 缓蚀剂概述
• 1.2.1 缓蚀剂的定义及分类
• 1.2.2 缓蚀剂的研究方法
• 1.3 海水的电化学特征
• 1.4 影响金属腐蚀的海洋环境因素
• 1.5 铜缓蚀剂的发展历程及研究进展
• 1.6 三氮唑类缓蚀剂简介
• 1.6.1 烯唑醇
• 1.6.2 烯效唑
• 1.6.3 三唑酮
• 1.6.4 己唑醇
• 1.6.5 腈菌唑
• 1.7 选题意义与研究内容
• 1.7.1 选题意义
• 1.7.2 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 失重实验
• 2.2.2 电化学实验
• 2.2.3 表面分析实验
• 2.2.4 量子化学计算
• 3 三氮唑类化合物在不同浓度下的缓蚀性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果及讨论
• 3.2.1 失重实验
• 3.2.2 动电位极化曲线测试
• 3.2.3 电化学阻抗谱测试
• 3.2.4 吸附等温式拟合
• 3.2.5 表面分析
• 3.3 本章小结
• 4 三氮唑类化合物在不同pH 下的缓蚀性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 失重实验
• 4.2.2 动电位极化曲线测试
• 4.2.3 电化学阻抗谱测试
• 4.3 本章小结
• 5 三氮唑类化合物在不同温度下的缓蚀性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验结果及讨论
• 5.2.1 失重实验
• 5.2.2 动电位极化曲线测试
• 5.2.3 电化学阻抗谱测试
• 5.3 本章小结
• 6 缓蚀作用的持久性研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验结果及讨论
• 6.2.1 缓蚀剂在不同时间的电化学阻抗谱
• 6.2.2 缓蚀作用的持久性
• 6.3 本章小结
• 7 量子化学计算及缓蚀性能比较
• 7.1 引言
• 7.2 量子化学计算
• 7.3 五种缓蚀剂的性能比较
• 7.4 本章小结
• 8 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录