海水介质绿色铜缓蚀剂性能与机理的研究

论文摘要

合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金发生腐蚀的有效方法。在石油产品生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、仪器仪表制造及石油化工生产过程中,缓蚀技术已成为主要的防腐蚀手段[1]。尤其随着海洋世纪的到来,人类把发展的眼光投向了海洋。然而海水因其强烈的腐蚀性给人类带来许多灾难和巨大的经济损失,缓蚀剂以其独特的优越性在开发利用海水过程中起着日益重要的作用,但随着环境保护和安全意识的加强,一些有毒有害的缓蚀剂将被限制或禁止使用[2]。因此,开发低毒环保型缓蚀剂已经迫在眉睫。依据低毒环保的思路,本文复配出了3元缓蚀剂,用正交实验确定了3组分间的最佳复配比,并采用失重法测得3元缓蚀剂的临界浓度是250mg/L,此时的缓蚀率为85.41%。为了提高缓蚀率,降低缓蚀剂用量,作者设计了高浓度预膜实验,结果表明,1000 mg/L缓蚀剂海水溶液中预膜48h后,缓蚀剂的临界浓度降为200 mg/L;该缓蚀剂属于成膜型缓蚀剂,缓蚀剂在高浓度下可以快速成膜。为了考察本文研制的缓蚀剂在各种应用条件下的缓蚀性能,作者设计了以下实验:用失重法和电化学方法分析3元缓蚀剂对已锈试样和间浸条件试样的缓蚀效果,以及3元缓蚀剂在不同盐度、不同温度、除氧海水、流动海水和苛刻条件（50℃恒温,盐度为50,溶解氧饱和的海水作腐蚀介质）海水中的缓蚀性能。结果表明:3元缓蚀剂对间浸中的试样有优良的缓蚀效果;但其对已锈试样的缓蚀作用较弱;该缓蚀剂在20～40℃以及盐度为0～50范围内的介质中对紫铜起到很好的保护作用;缓蚀剂与除氧剂（亚硫酸钠）有较好的协同作用,缓蚀剂在除氧海水中有很强的缓蚀作用;缓蚀剂在低流速海水中依然保持良好的缓蚀性能;该缓蚀剂在高温（50℃）海水中的缓蚀效果欠佳,如果使用时必须增大其添加量或者其它防腐蚀措施联合使用。为了进一步比较和验证缓蚀剂的缓蚀效果,作者从文献中选出几个海水介质中紫铜缓蚀剂配方,在相同的条件下与本文所得缓蚀剂配方进行比较。结果表明,本文研制的3元缓蚀剂的综合缓蚀效果最佳。为了探讨缓蚀剂的作用机理,作者采用极化曲线法、交流阻抗法等电化学方法和扫描电镜法对3元缓蚀剂的缓蚀机理进行了深入的研究。（1）极化曲线显示,缓蚀剂是抑制阳极过程为主的混合型缓蚀剂。（2）用交流阻抗法进一步验证了缓蚀剂的缓蚀率。（3）用交流阻抗法分析了电极在1000mg/L缓蚀剂海水溶液中预膜48h后所成膜的寿命,结果说明,该缓蚀膜在空白海水中的寿命较短,小于48h,但该膜在添加200mg/L缓蚀剂的海水中却可以维持很长的寿命,而且缓蚀膜还趋于牢固和完整,在168h内对紫铜起到优良的保护作用。说明紫铜预膜后可以降低缓蚀剂的临界浓度,这与失重法实验结果是一致的。（4）试样在空白海水、250mg/L三元缓蚀剂海水溶液中腐蚀168h后,用扫描电镜观察表面状况,结果表明,三元缓蚀剂形成的缓蚀膜可以覆盖紫铜表面的活性点并与海水中Cl-竞争吸附,降低了紫铜表面Cl-浓度,从而抑制了紫铜的局部腐蚀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 海水介质中铜的腐蚀
• 1.1.1 海水腐蚀电化学特征
• 1.1.2 铜的腐蚀机理
• 1.2 铜的防护
• 1.2.1 天然类缓蚀剂
• 1.2.2 无机盐类缓蚀剂
• 1.2.3 有机类缓蚀剂
• 1.2.4 铜表面的成膜
• 1.3 总结与展望
• 2 本文研究内容
• 3 实验试剂、材料、仪器及实验方法和原理
• 3.1 实验试剂
• 3.2 实验材料
• 3.3 实验仪器
• 3.4 实验方法和原理
• 3.4.1 失重法
• 3.4.2 极化曲线法（塔菲尔直线外推法）
• 3.4.3 电化学交流阻抗法（EIS）
• 3.4.4 扫描电镜法
• 4 确定缓蚀剂配方及其最佳复配比和临界浓度
• 4.1 实验过程
• 4.2 结果与讨论
• 4.3 小结
• 5 缓蚀剂的缓蚀性能研究
• 5.1 高浓度预膜对缓蚀剂缓蚀效果的影响
• 5.1.1 实验设计
• 5.1.2 实验结果与讨论
• 5.1.3 小结
• 5.2 缓蚀剂对有锈试样的缓蚀效果
• 5.2.1 实验设计
• 5.2.2 实验结果与讨论
• 5.2.3 小结
• 5.3 缓蚀剂对间浸试样的缓蚀效果
• 5.3.1 实验设计
• 5.3.2 实验结果与讨论
• 5.3.3 小结
• 5.4 缓蚀剂在不同盐度（S）的介质中对紫铜的缓蚀效果
• 5.4.1 实验设计
• 5.4.2 实验结果与讨论
• 5.4.3 小结
• 5.5 缓蚀剂在不同温度的海水中对紫铜的缓蚀效果
• 5.5.1 实验设计
• 5.5.2 实验结果与讨论
• 5.5.3 小结
• 5.6 缓蚀剂在除氧海水中对紫铜的缓蚀效果
• 5.6.1 实验设计
• 5.6.2 实验结果与讨论
• 5.6.3 小结
• 5.7 缓蚀剂在流动海水中的缓蚀效果
• 5.7.1 实验设计
• 5.7.2 实验结果与讨论
• 5.7.3 小结
• 5.8 缓蚀剂在苛刻条件（盐度为50,50℃，饱和溶解氧）下的缓蚀效果
• 5.8.1 实验设计
• 5.8.2 实验结果与讨论
• 5.8.3 小结
• 5.9 缓蚀剂与其它系列配方的比较
• 5.9.1 实验设计
• 5.9.2 实验结果与讨论
• 5.9.3 小结
• 6 缓蚀机理的研究
• 6.1 简述
• 6.2 极化曲线分析
• 6.2.1 实验过程
• 6.2.2 实验结果与讨论
• 6.2.3 小结
• 6.3 电化学阻抗谱分析
• 6.3.1 实验设计
• 6.3.2 实验结果与讨论
• 6.3.3 小结
• 6.4 预膜后缓蚀膜寿命的研究
• 6.4.1 实验设计
• 6.4.2 实验结果与讨论
• 6.4.3 小结
• 6.5 缓蚀剂抑制情况表面观察
• 6.5.1 实验设计
• 6.5.2 试样的表面观察
• 6.5.3 实验结果与讨论
• 6.5.4 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果