SDBS与4-吡啶甲酰肼对3.0%NaCl中黄铜的协同缓蚀效应研究

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使用缓蚀剂防治金属腐蚀因操作简单、消耗低廉、效果明显、副作用少,不需额外增加设备等优点,已成为防治金属腐蚀的一种重要方法。铜及其合金虽然具有较好的耐腐蚀性,但在腐蚀性介质中,仍会因腐蚀而受到破坏。关于铜缓蚀剂的研究报道已经很多,多为苯并三氮唑类物质,这类缓蚀剂较为昂贵,且可能对水环境造成污染。为利于环境保护,并减少资源消耗,研究环境友好型缓蚀剂成为应用价值高,理论意义重要的课题。本文通过电化学测试、失重、表面腐蚀形貌分析、量子化学计算等方法研究了比较容易降解的环境友好型缓蚀剂4-吡啶甲酰肼和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)单独或复配使用时对黄铜在3.0%NaCl溶液中的缓蚀效应。4-吡啶甲酰肼是一种含氮杂环有机化合物,含有电负性较强的氮、氧等极性基团,其用作金属缓蚀剂的研究还未曾报道。SDBS分子中含有磺酸根极性基团,能通过吸附作用存在于铜表面,且分子中含有一条较长的烷基链,可以在铜/溶液之间形成一层疏水层,进而保护吸附基团的稳定性。本论文探讨了这两种缓蚀剂的缓蚀性能,分析了它们的缓蚀机理,主要结论如下:单独使用4-吡啶甲酰肼时,缓蚀效率随着浓度增加而升高,当其浓度为0.50g/L时缓蚀效果达到最好,浓度继续增大,缓蚀效率反而下降。单独使用SDBS时,随着SDBS浓度的增加,缓蚀效果先增大后减小,当其浓度为1.74g/L时,缓蚀效果达到最佳。两种缓蚀剂在黄铜表面的吸附遵循Langmuir吸附等温模型,两者吸附过程的吉布斯自由能△Gθads<0,表明均为自发吸附过程,并且这两种缓蚀剂在黄铜表面的吸附是物理吸附与化学吸附共同作用的结果。4-吡啶甲酰肼和SDBS复配使用时缓蚀效果显著增强,自腐蚀电位向正方向发生明显移动,表现为阳极型缓蚀剂。当4-吡啶甲酰肼浓度为0.50g/L,SDBS浓度为0.35g/L时,复配缓蚀效率就能达到95%以上。4-吡啶甲酰肼分子达到足够量时,可以有效填补十二烷基苯磺酸钠吸附后分子之间的空隙,形成的缓蚀剂分子吸附膜更加致密,正因为这样的协同作用使两种缓蚀剂复配使用后能更有效地抑制黄铜腐蚀。考察pH值对单一及复配缓蚀剂对黄铜在3.0%NaCl溶液中的缓蚀效率的影响。结果表明,4-吡啶甲酰肼和SDBS的缓蚀效果在偏碱性介质中比在中性或酸性体系中要好。因为在碱性条件下,黄铜表面能形成Cu2O保护膜,并且4-吡啶甲酰肼不易受到质子化作用,SDBS也会保持磺酸根极性基团的活性,因此形成的Cu2O膜与缓蚀剂的吸附膜能够共同对黄铜进行保护。体系温度的升高,会使得黄铜表面腐蚀产物膜和缓蚀剂吸附膜脱落,进而加快黄铜腐蚀。因为4-吡啶甲酰肼与SDBS偏向于物理吸附,温度升高会影响缓蚀剂的吸附稳定性。根据量子化学研究结果得出了4-吡啶甲酰肼与SDBS的吸附活性中心,从分子结构上对单一及复配缓蚀剂的缓蚀机理给出了解释。热重分析结果说明4-吡啶甲酰肼的降解率较大,降解温度以及降解表观活化能相对于其它环境污染物较低。
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