聚天冬氨酸在铜/氨基磺酸中的缓蚀机理研究

论文摘要

聚天冬氨酸（PASP）是一种新型的可生物降解的环境友好型高聚物。它主要用在水处理剂和金属缓蚀剂方面。目前,对于聚天冬氨酸作为酸性体系中金属的缓蚀剂研究逐渐增多,但是作为氨基磺酸体系中纯铜的缓蚀剂,至今未见报道。本论文主要利用电化学手段尝试研究了在3%氨基磺酸中单一聚天冬氨酸对纯铜的缓蚀情况及聚天冬氨酸与其他物质复配后对纯铜的缓蚀协同效应。辅以红外光谱法（FTIR）、扫描显微电镜（SEM）图片及EQUIVCRT（EQU）软件拟合等效电路初步探讨成膜机理、单一聚天冬氨酸的缓蚀机理以及复配协同机理。主要的实验及结论如下:利用红外光谱法测试自制的PASP,结果显示:样品已经具备目标产物PASP分子的各种官能团。利用稳态极化曲线法:测试常温下Ecorrt跟踪曲线,结果表明:随着PASP添加浓度的增大,自腐蚀电势值逐渐向负移;确定开始电化学测试前电极在体系中达到稳定状态的时间为30min。恒定实验温度为30℃,稳态极化曲线法研究该体系中添加不同浓度PASP对铜电极的缓蚀情况。结果显示:随着PASP浓度的增加,极化电阻Rp值逐渐增大;当PASP的添加浓度到1.0g/L时,缓蚀效率能够达到89.8%;在所测浓度范围内,当PASP浓度添加到2.5g/L以后,缓蚀率的增加没有太大的变化。当PASP添加浓度为5.0g/L时,缓蚀率为92.0%。同时随着PASP浓度的增大,体系腐蚀电流icorr的逐渐减小表明铜电极表面形成的膜越来越完整和致密;由强极化区的结果可初步判断,PASP在该体系中对铜电极是以抑制阴极为主的缓蚀剂。利用交流阻抗技术测试温度、浓度对铜缓蚀作用的影响:实验温度范围内,开路电位下电荷传递电阻Rt随着PASP浓度的增加而增大。在30℃时,随着PASP添加浓度的增大,缓蚀率也逐渐增大。当浓度添加到2.5g/L时,缓蚀率可达到90.4%。根据30℃时的阻抗数据,利用EQU软件拟合的等效电路为R（C[R（CR）（Q[RW]）]）。利用该等效电路拟合的数据与原始数据作三组添加不同浓度PASP的阻抗图,对照显示,拟合数据与原始数据的图形均吻合的非常好。扫描显微电镜照片可观察到:PASP在标准铜试片上具有吸附现象,表面产生了平整的保护膜,能够很好的抑制氨基磺酸对铜试片的腐蚀,具有良好的缓蚀作用。实验条件下,PASP在纯铜电极上的吸附符合Freundlich吸附等温式。30℃时,缓蚀效率η与PASP摩尔浓度之间的关系为:logη=2.039+0.282logC;吸附平衡常数K=109;△G?=-22.04KJ·mol-1。PASP与咪唑（IM）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）复配均表现为正协同效应。其中PASP与咪唑复配的缓蚀协同效果最好。当添加总浓度为1.0g/L,复配比例为1∶1时即PASP浓度为0.5g/L,IM浓度为0.5g/L时的缓蚀效率值最大,为95.4%。远远超出了单独使用PASP和单独使用IM以及其他比例复配的缓蚀率值。不同温度下,总添加浓度为1.0g/L,PASP与IM复配比例为1∶1时,根据Arrhenius公式,以lnRt1/T图计算得出表观活化能Ea=-4.44×10-2KJ·mol-1。初步推测,在该反应过程中包含了快速平衡反应和其后的速率控制步骤。其中,快速平衡步骤是显著放热的。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 腐蚀电化学的简介
• 1.1.1 腐蚀电化学理论研究的现状及趋势
• 1.1.2 腐蚀电化学理论的实验技术
• 1.2 缓蚀剂的研究
• 1.2.1 缓蚀剂的分类
• 1.2.2 缓蚀剂的研究方法
• 1.2.3 缓蚀剂在金属表面的吸附
• 1.2.4 缓蚀剂的协同效应
• 1.2.5 影响缓蚀剂性能的因素
• 1.3 酸性溶液中缓蚀剂的研究
• 1.3.1 酸洗缓蚀剂的作用机理
• 1.3.2 酸洗有机缓蚀剂在金属表面的吸附
• 1.4 铜及其合金缓蚀剂的研究进展
• 1.5 新型绿色缓蚀剂—聚天冬氨酸
• 1.5.1 聚天冬氨酸的降解、合成及缓蚀机理
• 1.5.2 聚天冬氨酸的应用
• 1.6 选题依据及工作总体思路
• 1.6.1 选题依据
• 1.6.2 工作总体思路
• 1.7 课题来源
• 2 实验方法及实验方案
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 线性极化法
• 2.1.2 强极化法
• 2.1.3 交流阻抗法
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 实验体系
• 2.2.2 实验仪器及试剂
• 2.2.3 实验内容
• 3 稳态极化法对聚天冬氨酸缓蚀作用的研究
• 3.1 有关聚天冬氨酸的介绍
• 3.1.1 聚天冬氨酸的制备
• 3.1.2 聚天冬氨酸的相对分子量
• 3.1.3 聚天冬氨酸分子的红外表征
• 3.2 确定体系Ecorr 及稳定时间
• 3.3 PASP 在氨基磺酸体系中对铜的缓蚀作
• p与自腐蚀电流I_corr 的关系'>3.3.1 极化电阻R_p与自腐蚀电流I_corr的关系
• 3.3.2 微极化曲线法测定PASP 对铜的缓蚀作用
• 3.3.3 Tafel 极化曲线法测定PASP 对铜的缓蚀作用
• 3.4 扫描电镜法（SEM）研究PASP 对铜表面状态的影响
• 3.5 本章小结
• 4 电化学阻抗法对聚天冬氨酸缓蚀作用的研究
• 4.1 温度和浓度对PASP 缓蚀性能的影响
• 4.2 浸泡时间对PASP 缓蚀性能的影响
• 4.3 等效电路初步分析
• 4.3.1 等效电路及参数
• 4.3.2 等效电路及参数的初步分析
• 4.4 PASP 对铜缓蚀机理的初步探讨
• 4.4.1 PASP 在铜电极表面的吸附机理初探
• 4.4.2 PASP 缓蚀作用的吸附热力学研究
• 4.5 本章小结
• 5 聚天冬氨酸的复配协同研究
• 5.1 单一咪唑（IM）对铜电极的缓蚀研究
• 5.2 PASP 与 IM 的协同缓蚀作用
• 5.2.1 PASP 与 IM 复配的 Tafel 极化测试
• 5.2.2 PASP 与 IM 复配的交流阻抗测试
• 5.2.3 PASP 与 IM 复配对铜的腐蚀活化能的影响
• 5.3 PASP 与 CTAB 的协同缓蚀作用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 后记
• 攻读学位期间取得的科研成果清单