酸液中兩種席夫堿對(duì)碳鋼的緩蝕性研究

周蘭慧 張興鑫

摘 要：本文針對(duì)酸液腐蝕碳鋼的行為，采用失重法在不同溫度下測定N80碳鋼在酸液中的腐蝕速率，評(píng)價(jià)了甲醛縮苯胺、肉桂醛縮苯胺對(duì)N80碳鋼的酸蝕產(chǎn)生的緩蝕效果，結(jié)果表明：甲醛縮苯胺與肉桂醛縮苯胺有緩蝕效果，且緩蝕效果都比較好，甲醛縮苯胺的緩蝕性能隨著溫度增大而下降，而肉桂醛縮苯胺對(duì)碳鋼的緩蝕的抗溫性更好，等量的緩蝕劑在體系溫度比較高的條件下，可選取肉桂醛縮苯胺作為緩蝕劑。

關(guān)鍵詞：緩蝕；N80碳鋼；失重實(shí)驗(yàn)；肉桂醛

緩蝕劑的定義為將微量或少量的一種或幾種化學(xué)物質(zhì)（無機(jī)物、有機(jī)物）添加到腐蝕介質(zhì)中，明顯減緩甚至停止金屬材料在該介質(zhì)中的腐蝕速度[1]。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)席夫堿化合物因分子中的雜原子、不飽和C=N鍵，能夠在溶液中的金屬表面形成堅(jiān)固而穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而減緩酸液對(duì)金屬的腐蝕[2]。實(shí)驗(yàn)采用含有苯環(huán)的苯胺和肉桂醛做合成原料，合成兩種不同的席夫堿，利用靜態(tài)失重法、動(dòng)力學(xué)分析研究了該緩蝕劑對(duì)N80鋼在酸中的緩蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1兩種席夫堿的合成

1.1.1席夫堿的合成原理

甲醛與苯胺反應(yīng)，主要是甲醛的羰基與苯胺的氨基發(fā)生加成反應(yīng)生成中間產(chǎn)物-NH-CH2-OH，生成的-OH又與另一個(gè)苯胺所含的結(jié)合生成水。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過斷裂，轉(zhuǎn)位重排后生成產(chǎn)物，簡化后的反應(yīng)方程式如下所示：

肉桂醛和苯胺通過脫水縮合合成一種新型的席夫堿，反應(yīng)方程式如下所示：

1.1.2席夫堿的合成過程

取20 mL無水乙醇，倒入三頸燒瓶中，依次量取等摩爾比的苯胺與醛類試劑與乙醇混合，溶解。將三頸燒瓶用鐵架臺(tái)固定在電磁攪拌的恒溫水浴鍋中，溫度控制在50℃，回流攪拌2h，冷卻結(jié)晶，抽濾。

1.2實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)采用同一系列的40mmX13mmX2mm N80碳鋼8片，先用砂紙除去碳鋼表面的銹，再用95%的乙醇溶液清洗鋼片，在通風(fēng)處吹干。兩片鋼片為一組，取100 mL的鹽酸，加入規(guī)格為100 mL的細(xì)口錐形瓶中，用細(xì)繩將鋼片懸掛且完全浸沒在鹽酸里。將錐形瓶放在30℃，40℃，50℃，60℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)l h后取出，洗凈，吹干，在分析天平上稱重。

用失重法分別得到未加緩蝕劑的失重量，以及加入甲醛縮苯胺、肉桂醛縮苯胺兩種緩蝕劑的失重量，根據(jù)失重量算出腐蝕率。

腐蝕率的計(jì)算公式如下：

式中，V為腐蝕速率[g/（m2·h）]，W0和W分別為腐蝕前和腐蝕后的掛片質(zhì)量（g），S為掛片表面積（m-2），t為腐蝕時(shí)間（h）。

再根據(jù)腐蝕率計(jì)算緩蝕劑的緩蝕率η，計(jì)算公式為：

其中，V，V0為單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量的金屬有無緩蝕劑的腐蝕量。

2 結(jié)果與討論

2.1不同溫度下兩種緩蝕劑的腐蝕速率

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的甲醛縮苯胺和肉桂醛縮苯胺的失重量，按照腐蝕速率公式計(jì)算得出圖l的腐蝕速率曲線。甲醛縮苯胺和肉桂醛縮苯胺相比未加緩蝕劑的酸液，腐蝕速率明顯下降，30℃時(shí)，鹽酸的腐蝕速率為18.49 g/（m2·h），而肉桂醛縮苯胺為1.44 g/（m2·h）。溫度升高時(shí)，兩種緩蝕劑的腐蝕速率都增大，溫度較低時(shí)，兩種緩蝕劑腐蝕速率增加的都比較平緩，50～60℃時(shí)，兩種緩蝕劑的腐蝕速率曲線斜率的趨勢均增大。與肉桂醛縮苯胺相比，甲醛縮苯胺受溫度影響更大，溫度增加時(shí)，腐蝕速率增大的趨勢更明顯。溫度較低時(shí)，兩種緩蝕劑緩蝕效果都很好，50℃以上時(shí)，用肉桂醛縮苯胺緩蝕效果相對(duì)較好。

2.2不同溫度下兩種緩蝕劑的曲線

根據(jù)圖1的腐蝕速率，可以利用緩蝕速率公式求出兩種席夫堿的緩蝕率，如圖2所示。甲醛縮苯胺和肉桂醛縮苯胺的緩蝕率有一定的區(qū)別，30℃時(shí)，肉桂醛縮苯胺的緩蝕率為92.22%，相比于甲醛縮苯胺的72.79%，肉桂醛縮苯胺的緩蝕率非常好，受溫度的影響也比較小。與圖l聯(lián)系，可得出肉桂醛縮苯胺對(duì)碳鋼的緩蝕效果比甲醛縮苯胺的效果好，其在溫度較高時(shí)也有良好的緩蝕能力。

2.3緩蝕劑在動(dòng)力學(xué)上的影響

化學(xué)動(dòng)力學(xué)在研究反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理上有重大意義。動(dòng)力學(xué)研究中的阿倫尼烏斯公式是反映化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)隨溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，公式表示為：

兩邊取對(duì)數(shù)，得：

其中，K為速率常數(shù)，R為摩爾氣體常量，T為熱力學(xué)溫度，Ea為表觀活化能，A為指前因子。圖3為Arrhenius曲線，選取兩組緩蝕效果好的兩種席夫堿，以反應(yīng)速率常數(shù)的對(duì)數(shù)1nv為縱坐標(biāo)，以反應(yīng)溫度倒數(shù)的1000倍為橫坐標(biāo)作圖，得到兩種席夫堿的Arrhenius曲線。圖3中，直線的斜率為-Ea/R，由Arrhenius公式可知，Ea越大，則斜率越大，緩蝕效果越好，因?yàn)榛罨茉龃?，?dǎo)致酸液腐蝕鋼片需要克服的活化能所需的能量更大，腐蝕更困難，從而有效減緩腐蝕速率。根據(jù)計(jì)算，未加緩蝕劑的鹽酸的活化能為56.88KJ/mol，甲醛縮苯胺的活化能為72.13KJ/mol，肉桂醛縮苯胺的活化能為74.27KJ/mol，加了緩蝕劑的活化能增大，且肉桂醛縮苯胺的活化能比甲醛縮苯胺的活化能大，可知肉桂醛縮苯胺作為緩蝕劑的緩蝕效果更好，與前面得出的結(jié)論相一致。

3 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)失重法，研究了甲醛縮苯胺和肉桂醛縮苯胺兩種不同席夫堿，在溫度范圍為30～60℃內(nèi)的酸液中N80碳鋼的緩蝕效率。研究結(jié)果表明：（1）合成的甲醛縮苯胺和肉桂醛縮苯胺都有良好的緩蝕效果。在30℃時(shí)，兩種席夫堿的緩蝕效果幾乎無差別，隨著溫度逐漸升高，兩種席夫堿的腐蝕速率都有增加的趨勢。（2）兩種席夫堿的緩蝕能力中，肉桂醛縮苯胺的緩蝕能力比甲醛縮苯胺的更好，其受溫度的影響比甲醛縮苯胺弱，即溫度越大，甲醛縮苯胺的緩蝕效果越差。肉桂醛縮苯胺的活化能大，作為緩蝕劑時(shí)碳鋼的失重率小，能起到很好的緩蝕作用。

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