一種鹽酸介質(zhì)中鋅緩蝕劑的研究

陳燕敏 王 雨 秦曉濤 白雪純 王 卓 李嫚碟

（鄭州師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南 鄭州 450044）

0 引言

金屬鋅有很大的負(fù)極電勢，在水溶液或干燥的空氣中由于表面生成一層氧化鋅膜而呈現(xiàn)出很好的耐腐蝕性，鍍鋅成為工業(yè)生產(chǎn)中常用的防腐蝕方法[1,2]。但氧化鋅是兩性的，酸性或堿性溶液中會發(fā)生反應(yīng)，致使膜層被破壞。因此，開發(fā)和研究鋅緩蝕劑是很重要的一個研究方向[3-5]。

鋅電極的汞齊化是沿用已久的緩蝕措施，鉻酸鹽、亞硝酸鹽也曾成功用于鋅的保護(hù)。但由于汞有劇毒，鉻酸鹽和亞硝酸鹽會造成環(huán)境污染，它們的應(yīng)用受到了很大的限制[6]。隨后趙麗報道三乙醇胺、水楊醛對金屬鋅有緩蝕作用，但單獨使用效果不理想，緩蝕率分別為15.4%、69.1%，而當(dāng)兩者以2:3復(fù)合后，緩蝕率提升到了84.2%[7]。

基于以上背景，本文以苯扎溴銨（DDBAB）和溴代十六烷基吡啶（HPDB）為原料，采用失重法研究了兩個單組分在3%HCl溶液中對金屬鋅的緩蝕性能，通過正交實驗研制出一種性能優(yōu)良的二元復(fù)合緩蝕劑，通過改變緩蝕劑濃度、介質(zhì)鹽酸濃度、溫度和時間探究了該復(fù)合藥劑緩蝕性能的影響因素。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品和儀器

藥品：苯扎溴銨（AR）、溴代十六烷基吡啶（AR），上海麥克林生化科技有限公司；鹽酸（AR）、丙酮（AR）、無水乙醇（AR），河南中良科學(xué)儀器有限公司；鋅片，杭州冠潔工業(yè)清洗水處理科技有限公司。

儀器：EL304-IC分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；YCX-4恒溫水浴鍋，金壇市城西崢嶸實驗化學(xué)儀器廠；400#、800#、1200#砂紙，河南中良科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 緩蝕劑

（1）分別將5.0g苯扎溴銨、在50℃水中溶解，定容到1000mL，稀釋10倍后得到質(zhì)量濃度為0.5g/L的DDBAB溶液；

（2）將4.0g溴代十六烷基吡啶在50℃水中溶解，定容到1000mL，稀釋10倍后得到質(zhì)量濃度為0.4 g/L的HPDB溶液；

（3）按照不同比例將苯扎溴銨和溴代十六烷基吡啶混合得到配比不同的復(fù)合緩蝕劑。

1.2.2 失重法

（1）鋅試片的預(yù)處理

依次用400#、800#、1200#砂紙打磨鋅片（50×25×2mm）表面，再用丙酮、乙醇、蒸餾水進(jìn)行清洗，吸水紙擦拭干凈后放入干燥器中靜置4h，分析天平稱量后待用；

（2）靜態(tài)掛片

將干燥后的鋅試片分別浸泡在含不同質(zhì)量濃度緩蝕劑的HCl溶液中，恒溫一定時間后取出，洗滌、干燥至恒重后再次稱重。每個鋅試樣測定3次，計算平均值以減少誤差，腐蝕速率ν和緩蝕效率η根據(jù)下式計算：

式中：m和m0分別是浸泡試片和酸洗空白試片的質(zhì)量損失平均值，g；s，試片的表面積，cm2；ρ，試片的密度，g·cm-3；t，試驗時間，h；8760，與1年相當(dāng)?shù)男r數(shù)，h·a-1；10，與1 cm相當(dāng)?shù)暮撩讛?shù)，mm·cm-1；v0和v1分別為未添加和添加緩蝕劑鋅片的腐蝕速率，mm·a-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 單組分緩蝕性能

3%鹽酸介質(zhì)中分別加入不同濃度的苯扎溴銨、溴代十六烷基吡啶單組份緩蝕劑，于40℃恒溫水浴下掛片4h，通過稱量試驗前后鋅片的質(zhì)量損失來計算鋅的腐蝕率，進(jìn)而得到兩種藥劑對鋅的緩蝕率，其結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著濃度的逐漸升高，兩者的緩蝕率均呈上升趨勢，當(dāng)c=3mg·L-1時，溴代十六烷基吡啶達(dá)到最大值47.5%。繼續(xù)加大濃度，溴代十六烷基吡啶對鋅的緩蝕率開始下降，這可能是由于溴代十六烷基吡啶與鋅表面結(jié)合成膜的過程存在閾值效應(yīng)；而苯扎溴銨仍在緩慢上升，在c=7mg·L-1時達(dá)到最大96.8%，隨后趨于平穩(wěn)，即苯扎溴銨與鋅表面的結(jié)合達(dá)到了飽和。

圖1 苯扎溴銨和溴代十六烷基吡啶對鋅片的緩蝕率隨其濃度增加的變化情況

另外，由圖還可以明顯看出，苯扎溴銨對鋅的緩蝕率在濃度高于3mg·L-1時均處于90%以上，而溴代十六烷基吡啶的緩蝕率則不足50%，前者在抑制鋅的腐蝕方面大大優(yōu)于后者。

2.2 復(fù)合緩蝕劑

通過上述討論可以確定苯扎溴銨在6～8mg·L-1、溴代十六烷基吡啶在2～4mg·L-1濃度范圍內(nèi)對金屬鋅具有較好的緩蝕性能，因此將兩種單組分藥劑進(jìn)行正交復(fù)配，利用兩者之間的相互協(xié)同作用進(jìn)一步改善和提高其緩蝕性能。在3%鹽酸介質(zhì)溶液中投加不同比例的復(fù)合藥劑，復(fù)合配方總濃度均為7mg·L-1，以此篩選出最佳配方，并可與緩蝕性能較好的單組分苯扎溴銨在同等投加量下的緩蝕率做對比。正交設(shè)計的9種復(fù)合藥劑對鋅的腐蝕率和緩蝕率如表1所示，正交結(jié)果分析如表2所示。

表2 結(jié)果分析

由表1可知，9種配比不同的復(fù)合緩蝕劑的緩蝕率均在90%以上，其中c苯扎溴銨：c溴代十六烷基吡啶=6:3時性能最好，對鋅的緩蝕率達(dá)到了97.2%。該復(fù)合配方略優(yōu)于同等濃度下苯扎溴銨的緩蝕性能，與溴代十六烷基吡啶相比，緩蝕率增大了58.6%，性能大幅度提升，這表明該復(fù)合比例下兩組分間發(fā)生了協(xié)同增效作用。

表1 苯扎溴銨和溴代十六烷基吡啶復(fù)合液緩蝕率（40℃、3%鹽酸、4 h）