鹽酸中BMAT對N80鋼的緩蝕作用研究

冉洪順 彭為威 殷劉紅

摘 要：本文以苯甲醛、苯胺、苯并咪唑?yàn)樵?，采用三組分“一鍋法”Mannich反應(yīng)來制備苯并咪唑類化合物（BMAT），并通過掛片失重法研究了BMAT在1：2的鹽酸介質(zhì)溶液中對N80碳鋼掛片的緩蝕行為。研究結(jié)果表明：加入BMAT可減弱鹽酸對N80碳鋼掛片的腐蝕，在32℃，BMAT濃度為0.75 mmol/L時，緩蝕率可達(dá)到88.92%。

關(guān)鍵詞：苯并咪唑；N80鋼：緩蝕；失重法

苯并咪唑是一種雜環(huán)化合物，分子中含有兩個N，在酸性介質(zhì)中能以適當(dāng)?shù)臐舛群托螒B(tài)存在并防止或減緩金屬的腐蝕。由于苯并咪唑具有減弱金屬被酸性介質(zhì)腐蝕的效果，因此，在金屬腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域里BMAT對金屬緩蝕作用的研究也十分活躍。

掛片失重法多被應(yīng)用于金屬腐蝕與防護(hù)的研究領(lǐng)域中，其原理是將掛片置于一定濃度且能腐蝕金屬的介質(zhì)中，在一定時間后取出掛片測量其損失質(zhì)量，并根據(jù)質(zhì)量差計(jì)算腐蝕速率。本實(shí)驗(yàn)通過在不同溫度的鹽酸介質(zhì)中加入不同質(zhì)量的BMAT，并采取掛片失重法研究了不同濃度的BMAT在不同溫度的鹽酸介質(zhì)中對N80的緩蝕作用，并討論了BMAT在N80上的吸附行為以及對腐蝕動力學(xué)的影響。BMAT的合成方程式如下：

1 實(shí)驗(yàn)

1.1苯并咪唑類化合物的合成

向配有電磁攪拌恒溫水浴鍋、球型回流冷凝管、磁石的三頸燒瓶中，依次加入一定量的苯并咪唑、甲苯、苯甲醛、苯胺，在62℃下水浴并攪拌1-2h后呈現(xiàn)一種淺橙色透明液體，然后換成電熱套加熱，回流分水2h，得到淡黃色透明液體，其中有效成分為BMAT。將溶液靜置冷卻，待晶體析出沉淀后采用減壓抽濾得到產(chǎn)品，干燥后收集于棕色試劑瓶中待用。

1.2腐蝕評價(jià)方法

參照SY/T 5405-1996《酸化用緩蝕劑性能試驗(yàn)方法及評價(jià)指標(biāo)》中的靜態(tài)失重法評價(jià)BMAT的緩蝕性能。評價(jià)步驟：分別配置一定濃度的鹽酸（1：2），含不同濃度緩蝕劑的鹽酸溶液作為腐蝕介質(zhì)，用400目的砂紙將N80鋼片打磨光滑后，用無水乙醇洗凈，吹干稱重，保存于干燥器中待用。將N80碳鋼掛片分別置入32℃、42℃、52℃、62℃下含不同濃度緩蝕劑BMAT的鹽酸介質(zhì)中，1h后取出掛片，用棉球擦洗，無水乙醇擦拭，吹干后稱量掛片在1：2鹽酸介質(zhì)中損失的質(zhì)量。最后通過式（1）和式（2）所計(jì)算得到的腐蝕速率和緩蝕率來評價(jià)BMAT的緩蝕性能。

式（1）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為腐蝕時間（h）。

式（2）中，η為緩蝕率，v0和v分別為未加緩蝕劑以用加入緩蝕劑后的腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2.1緩蝕劑濃度對緩蝕效果的影響

圖1是在溫度為32℃、42℃，鹽酸濃度為l：2條件下，未加緩蝕劑和加入不同質(zhì)量緩蝕劑對N80的腐蝕情況，通過式（1）和式（2）可計(jì)算出腐蝕速率和緩蝕速率。從圖l可見，當(dāng)緩蝕劑濃度為0.08 mmol/L時，溫度為32℃條件下，腐蝕速率從未加緩蝕劑時的5904.41 g/（m2·h）下降到了3551.47 g/（m2·h），這時的緩蝕率為39.85%；而當(dāng)緩蝕劑濃度為0.75 mmol/L時，溫度為42℃條件下，腐蝕速率則下降到了654.41 g/（m2·h），這時的緩蝕率為88.92%。同一溫度下，繼續(xù)增大緩蝕劑濃度時，腐蝕速率隨之下降，緩蝕率上升。當(dāng)緩蝕劑濃度達(dá)到2.51 mmol/L時，緩蝕率為91.66%，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)將緩蝕劑濃度提高到3.5 mmol/L時，緩蝕率也繼續(xù)上升，但上升的趨勢己明顯變緩。這表明當(dāng)緩蝕劑濃度為0.75 mmol/L時，N80表面己基本被BMAT覆蓋。

2.2鹽酸介質(zhì)溫度對緩蝕效果的影響

在32℃、42℃、52℃、62℃下，分別放入裝有鹽酸濃度為15%、緩蝕劑濃度為0.75 mmol/L的磨口錐形瓶進(jìn)行恒溫水浴，將處理好的N80懸空置入鹽酸介質(zhì)后蓋上瓶塞，1h后取出N80，擦洗、吹干、稱重后通過式（1）和式（2）計(jì)算出相應(yīng)的腐蝕速率和緩蝕率（見圖2）。從圖3可見，隨著溫度的升高，腐蝕速率曲線明顯上升，未加緩蝕劑的腐蝕速率曲線位置也明顯高于緩蝕劑質(zhì)量濃度為0.75 mmol/L的腐蝕速率曲線。其中32℃時的腐蝕速率為5904.41 g/（m2·h），而當(dāng)溫度達(dá)到62℃時，腐蝕速率上升到了36147.06 g/（m2·h），這表明溫度對腐蝕速率曲線走勢影響極大，隨著溫度的升高，會加強(qiáng)鹽酸介質(zhì)溶液對N80的腐蝕作用。當(dāng)鹽酸介質(zhì)溶液中的緩蝕劑濃度為0.75 mmol/L時，腐蝕速率曲線位置明顯下降，曲線走勢也明顯平緩。這表明在鹽酸介質(zhì)溶液中加入定量緩蝕劑會明顯降低溫度升高對腐蝕速率帶來的影響。

2.3緩蝕劑對腐蝕反應(yīng)動力學(xué)的影響

N80在32～62℃溫度范圍內(nèi)的腐蝕反應(yīng)過程可以認(rèn)為是一種經(jīng)典的Arrhenius反應(yīng)過程，反應(yīng)速率可用下式表示：

式中：Ea為表觀活化能，A為指前因子，v為腐蝕速率，R為摩爾氣體常量：T為熱力學(xué)溫度。將式（3）兩邊取對數(shù)，以1nv為縱坐標(biāo)，100～T為橫坐標(biāo)，選擇加入緩蝕劑0.75 mmol/L和未加緩蝕劑兩組數(shù)據(jù)作為對照，將1nv和1OOO/T計(jì)算出的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，就可得到相應(yīng)的趨勢線方程。再由趨勢線方程斜率和截距可分別計(jì)算出腐蝕反應(yīng)的Ea和A。通過圖3可以看出空白組和添加0.75 mmol/L緩蝕劑線性擬合的復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.9573和0.9975都接近于l。通過式（3）計(jì)算得出，空白組下的表觀活化能Ea=54.46 kJ/mol，添加0.75 mmol/L緩蝕劑時的表觀活化能Ea=106.68 kJ/mol。在化學(xué)反應(yīng)過程中，Ea越高，表明化學(xué)反應(yīng)阻力越大，反應(yīng)速率越慢，加入0.75 mmol/L緩蝕劑的Ea明顯高于空白組，此時緩蝕劑提高了腐蝕反應(yīng)過程的活化能，腐蝕不易進(jìn)行，N80表面吸附的緩蝕劑阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行，起到了一定的緩蝕作用。

3 結(jié)語

（1）在32℃下，緩蝕劑濃度為0.75 mmol/L時，緩蝕劑BMAT在鹽酸介質(zhì)中對N80有一定的緩蝕作用，緩蝕效率可達(dá)88.92%，進(jìn)一步增大緩蝕劑質(zhì)量也會提高緩蝕率，但趨勢比較平緩，在實(shí)際應(yīng)用中則可選用0.75 mmol/L。（2）在鹽酸介質(zhì)中加入定量緩蝕劑時，腐蝕反應(yīng)活化能從未加緩蝕劑的54.46 kJ/mol提高到加入緩蝕劑濃度為0.75 mmol/L的106.68 kJ/mol，有效地防護(hù)了N80被鹽酸介質(zhì)溶液腐蝕。

[參考文獻(xiàn)]

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