鹽酸介質(zhì)中苯并咪唑陽離子表面活性劑對碳鋼的緩蝕性能研究

高陽+劉佳

摘要：文章利用失重法、極化曲線和SEM研究苯并咪唑陽離子表面活性劑GBCS12-3在1mol/L鹽酸中對碳鋼的緩蝕性能，結(jié)果表明：其對碳鋼在鹽酸介質(zhì)中的緩蝕率隨濃度的增大而增加，隨溫度的升高而下降；緩蝕劑GBCS12-3的加入阻礙了腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行；極化曲線表明GBCS12-3是以抑制陰極反應(yīng)為主的混合型緩蝕劑；通過SEM可以看到其在碳鋼表面形成了致密的吸附膜。

關(guān)鍵詞：苯并咪唑；陽離子表面活性劑；緩蝕劑；酸性介質(zhì)；鹽酸介質(zhì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：O626 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0010-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.005

鹽酸是化學(xué)清洗中應(yīng)用最廣的去除污垢和鐵銹的酸之一，其溶垢迅速，且形成酸式鹽溶解度大，可使酸洗后金屬表面狀態(tài)良好無殘?jiān)?。但鹽酸對金屬的腐蝕性強(qiáng)，為減少腐蝕，人們研究了大量的酸洗緩蝕劑并發(fā)現(xiàn)季銨鹽陽離子類緩蝕劑有著優(yōu)異的緩蝕效果。本文以文獻(xiàn)方法制得1，3-雙（N-十二烷基苯并咪唑）-丙烷（簡稱GBCS12-3），并采用靜態(tài)失重、極化曲線及SEM對其在1mol/L鹽酸中的緩蝕作用及機(jī)理進(jìn)行了研究和探討。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 腐蝕失重

20#標(biāo)準(zhǔn)碳鋼片經(jīng)打磨、蒸餾水洗滌、丙酮脫脂后稱重。實(shí)驗(yàn)時(shí)將碳鋼片垂直浸于介質(zhì)中，保持溫度40℃掛片24h。結(jié)束后蒸餾水、丙酮清洗后干燥至恒重。由前后掛片重量的損失計(jì)算腐蝕速度和緩蝕效率。

1.2 掃描極化曲線法

采用三電極掃描極化曲線，其中工作電極為20#碳鋼電極，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑金電極，掃描幅值±200mv，掃描速度1mv/s，可得腐蝕電化學(xué)參數(shù)Icorr、ba、bc、緩蝕效率。

1.3 緩蝕吸附膜微觀分析

將碳鋼片分別浸入到空白和加有20mg/L GBCS12-3的1mol/L鹽酸介質(zhì)中，40℃下浸泡24h。浸泡結(jié)束后用蒸餾水沖洗試片，然后用SEM對緩蝕吸附膜進(jìn)行微觀形貌分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 緩蝕劑濃度對緩蝕率、腐蝕速度的影響

緩蝕劑濃度對緩蝕率、腐蝕速度具有重要的影響，圖1是40℃ 1mol/L HCl溶液中不同濃度GBCS12-3對碳鋼的緩蝕率的影響，可看出隨著緩蝕劑濃度的增加，緩蝕率增大，同時(shí)腐蝕速率有所減小，當(dāng)其用量在20mg/L時(shí)，緩蝕率達(dá)到最大的97.2%，腐蝕速率減到最小并趨于平緩（空白腐蝕介質(zhì)中碳鋼片失重0.9565g，腐蝕速率33.2g·m-2·h，加有25mg/L腐蝕介質(zhì)中碳鋼片失重0.9565g，腐蝕速率降到0.9g·m-2·h）。同時(shí)，目視試片發(fā)現(xiàn)空白介質(zhì)中，試片被嚴(yán)重腐蝕，而在加有GBCS12-3的溶液中，試片表面光亮如新，可看出該類緩蝕劑效果顯著。

2.2 溫度對緩蝕效率的影響

溫度對緩蝕性能有明顯的影響，溫度變化會(huì)影響多種因素發(fā)生變化，如溶劑作用力、金屬表面的活性、大分子的活動(dòng)性和擴(kuò)散能力，而這些因素的變化又會(huì)對吸附產(chǎn)生影響。在上述因素的綜合影響下，如負(fù)性影響占優(yōu)勢，則緩蝕性能則可能隨溫度升高而下降；如正性的影響占優(yōu)勢，則可能結(jié)果相反。對GBCS12-3而言，負(fù)性影響占優(yōu)勢，緩蝕率隨溫度的升高而降低。

2.3 緩蝕劑抑制碳鋼腐蝕動(dòng)力學(xué)研究

圖2給出了溫度與腐蝕速度之間的關(guān)系，它們符合Arrhenius公式，對該圖進(jìn)行線性回歸，可得腐蝕反應(yīng)的指前因子A和活化能E，當(dāng)加入GBCS12-3之后，腐蝕反應(yīng)的反應(yīng)活化能被提高了。

2.4 緩蝕劑的極化曲線

圖3顯示40℃下，20#碳鋼電極在1mol/L HCl溶液中在添加不同濃度的GBCS12-3的極化曲線、擬和得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和緩蝕效率。由數(shù)據(jù)可知，加入緩蝕劑降低了腐蝕電流并使自腐蝕電位Ecorr值變負(fù)，隨著緩蝕劑濃度的增加，緩蝕作用增強(qiáng)，這與失重法結(jié)果一致。由極化曲線與空白對比，發(fā)現(xiàn)陽極和陰極極化曲線的斜率變化不大，自腐蝕電位負(fù)移，緩蝕劑對陽極和陰極反應(yīng)同時(shí)有抑制作用，說明GBCS12-3屬于抑制陰極析氫反應(yīng)為主的混合型緩蝕劑。

2.5 緩蝕劑在碳鋼表面的吸附膜

為了進(jìn)一步研究GBCS12-3優(yōu)異緩蝕效果的原因，利用SEM以緩蝕吸附膜微觀分析方法對碳鋼片進(jìn)行了表面微觀形貌分析。對比碳鋼片（圖4-1）和未加GBCS12-3的空白試樣（圖4-2），發(fā)現(xiàn)碳鋼在鹽酸介質(zhì)中腐蝕較嚴(yán)重。對比碳鋼片和加有20mg/L緩蝕劑碳鋼片（圖4-3），發(fā)現(xiàn)加有緩蝕劑碳鋼片上形成了致密、完整的吸附膜，而正是這致密、完整的吸附膜阻礙了鹽酸介質(zhì)中侵蝕離子對碳鋼片的腐蝕，這也和GBCS12-3在失重法、極化曲線法實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出優(yōu)異緩蝕效果的結(jié)論相符合。

3 結(jié)語

GBCS12-3對碳鋼在鹽酸介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)良的緩蝕效果，其緩蝕效果隨濃度的變大而增強(qiáng)；對GBCS12-3而言，負(fù)性影響占優(yōu)勢，隨溫度的升高，緩蝕率下降；緩蝕劑的加入提高了反應(yīng)的活化能，大大阻礙了腐蝕的進(jìn)行；極化曲線表明GBCS12-3是一種以抑制陰極析氫反應(yīng)為主的混合型緩蝕劑；通過SEM可以明顯看到在碳鋼表面形成了致密的吸附膜。

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作者簡介：高陽（1982-），男，江蘇常州人，供職于江蘇海翔化工有限公司，碩士。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）