氨基酸类表面活性剂的合成及其在铝合金表面的缓蚀作用

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铝合金已经普遍使用在土木工程、交通运输以及日常生活中。然而,其自身的腐蚀会为自然、经济带来惨重的代价。因此,抑制铝合金的腐蚀是理论研究和工业应用急需解决的问题。当前最广泛且实用的方法是添加缓蚀剂,其中,绿色环保的表面活性剂是研究者关注的焦点。本文将合成出的绿色氨基酸型表面活性剂作为缓蚀剂,探究其在碱性介质中对铝合金表面的缓蚀性能和作用机理。采用了核磁共振氢谱法(1H NMR)和红外光谱法(FT-IR)对合成的甘氨酸型(C8H17N(CH2COONa)2、C12H25N(CH2COONa)2、C14H29N(CH2COONa)2即RNC-n,n=8、12、14)、松香基氨基酸表面活性剂(C26H38NNaO3即R-6)进行了结构表征和验证,随后使用了静态失重法、交流阻抗谱法(EIS)、动电位极化曲线法和扫描电镜法(SEM)研究了其在0.01 mol·L-1的NaOH溶液对2024-T3铝合金的抗腐蚀性能,最终利用理论计算探讨了相应的机理。主要的研究内容如下:(1)以辛胺、氯乙酸钠、氢氧化钠为原料合成了甘氨酸型表面活性剂(RNC-8)。同时,又合成了不同碳链长的RNC-12/RNC-14,利用歧化松香、6-氨基己酸、氯化亚砜、4-二甲氨基吡啶等原料合成了一种松香基氨基酸表面活性剂(R-6)。采用核磁共振氢谱法和红外光谱法进行检测,为下一步研究表面活性剂的缓蚀性能和机理提供了物质来源。(2)静态失重法和电化学结果表明,四种缓蚀剂对碱性条件下的2024-T3铝合金均具有一定的缓蚀作用,其中,缓蚀性能由强到弱依次为:R-6、RNC-12、RNC-8、RNC-14,相应的缓蚀效率分别为92.95%、84.99%、78.28%、74.42%。扫描电镜图表明,相对于RNC-n(n=8、12、14)三种表面活性剂作用后的铝合金表面,R-6作为缓蚀剂的金属表面最为光滑。(3)量子化学计算和分子动力学模拟表明,与RNC-n(n=8、12、14)三种表面活性剂相比,R-6的轨道能之差?E和吸附能Eadsorption都最小,说明该缓蚀剂分子提供/接收铝原子电子的能力都很强,且极易在样品表面形成吸附膜,因此,相应的抗腐蚀效果最佳。本文通过实验和理论研究证明了氨基酸类表面活性剂(RNC-n/R-6)对碱性介质中的2024-T3铝合金具有优良的缓蚀效果。这不仅为金属防腐过程中缓蚀剂的选择提供了依据,同时,还体现出该类表面活性剂作为缓蚀剂的研究价值和应用前景。
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