植酸和AMT对铜缓蚀作用的电化学和光谱电化学研究

论文摘要

植酸（IP6）又称环己六醇磷酸脂，是一种天然存在的有机磷酸类化合物。广泛存在于植物的种子内。因其无毒且具有抗氧化性和抗腐蚀性，被广泛应用于食品、医药和日用化工等行业。同时也是一种罕见的多齿金属螯合物，可在较宽的pH范围内与多种金属离子形成稳定的络合物，是一种新型的环境友好型缓蚀剂。五元杂环化合物2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑（2-amino-5-mercapto-1,3,4-thiadiazole, AMT），常作为化学中间体，广泛应用于医药和农药的生产中，由于其独特的结构，AMT也作为新型缓蚀剂，多用于古代青铜文物的保护。本课题采用光谱电化学研究这两种缓蚀剂对铜缓蚀作用，结合循环伏安法（CV）、交流阻抗法（EIS）以及循环伏吸法（CVA），研究两种缓蚀剂的最佳缓蚀条件，探讨缓蚀机理。首先采用电化学和光谱电化学方法研究植酸和AMT在中性介质Na2SO4中的缓蚀作用。铜电极在0.4mol·L–1Na2SO4中的CV曲线显示，铜电极在电势扫描的范围内只有一个氧化峰和相对较小的还原峰，在氧化峰之后出现明显的钝化区。采用循环伏安法获得不同pH值和缓蚀剂浓度下的缓蚀效率，结果表明：当植酸的浓度为0.01mol·L–1，溶液pH7时缓蚀效果较佳；AMT浓度为0.004mol·L–1，溶液pH7时缓蚀效果较佳。Tafel曲线法也支持这一结果。恒电势电解条件下的动态UV-vis光谱图表明，在Na2SO4介质中铜电极生成的二价铜离子产物，可以通过化学转化转变成相对稳定的状态。铜电极在Na2SO4中的CV曲线上的小阴极峰应是铜表面氧化亚铜膜的还原峰。进一步在NaOH溶液中，采用CVA方法研究植酸钠对铜的缓蚀作用机制。CVA能够原位监测金属电化学反应过程中腐蚀产物的形成与转化，这对于了解金属腐蚀过程的机理是非常必要的。结合采用CV和CVA，可以同时测得电势依赖性电流和吸光度，而后者与吸光性物质的特征吸收波长有关。为此采用以铜片为工作电极的长光程薄层电化学光谱池，实时监测不同电势下亚铜和二价铜可溶性产物的生成和转化，同时采用常规的电化学池测定循环伏安图和交流阻抗图，采用场发射扫描电子显微镜表征被腐蚀的铜电极表面形貌。研究表明，在0.1mol·L–1的NaOH溶液中植酸对铜的缓蚀效率能达到大约90%左右；植酸可以促进高度不稳定的可溶性中间产物亚铜离子的生成，而对二价铜离子的生成具有很强的抑制作用，此二价铜离子是由最初的氧化亚铜薄膜层通过孔腐蚀而生成的。植酸根离子使亚铜钝化膜得以保持完整，从而强烈抑制了二价铜离子腐蚀产物的生成。结果表明，基于长光程薄层电化学池的循环伏吸法，对研究含有吸光性离子的金属腐蚀过程来说是一种新颖有效的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1 金属铜的防护
• 1.1 金属铜防护的意义
• 1.2 铜及铜合金缓蚀剂的发展
• 1.3 环境友好型缓蚀剂研究现状
• 2 植酸概述及研究现状
• 2.1 植酸结构
• 2.2 植酸的性质及用途
• 2.3 植酸研究现状
• 3 AMT 概述及研究现状
• 3.1 AMT 的结构与性质
• 3.2 AMT 研究现状
• 4 紫外可见薄层光谱电化学方法
• 4.1 光谱电化学方法简介
• 4.2 紫外可见薄层光谱电化学方法的优点
• 5 本选题的目的、意义及研究思路
• 2SO₄介质中植酸对铜缓蚀作用的光谱电化学研究'>第二章 Na₂SO₄介质中植酸对铜缓蚀作用的光谱电化学研究
• 1 实验部分
• 1.1 实验试剂与仪器
• 1.2 溶液的配制
• 1.3 铜盘电极制备与处理
• 1.4 光谱电化学实验装置图及长光程薄层电解池的设计
• 1.5 实验方法
• 2 结果与讨论
• 2SO₄介质中 CV 曲线'>2.1 铜电极在 Na₂SO₄介质中 CV 曲线
• 2.2 不同浓度植酸对缓蚀效率的影响
• 2.3 pH 对缓蚀效率的影响
• 2.4 原位紫外-可见光谱图
• 2.5 不同吸附时间下植酸缓蚀作用的 Tafel 动力学图
• 2.6 不同 pH 下植酸缓蚀作用的 Tafel 动力学图
• 3 本章小结
• 第三章 NaOH 介质中植酸对铜缓蚀作用的循环伏吸法研究
• 1 实验部分
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 溶液的配制
• 1.3 实验步骤为
• 2 结果与讨论
• 6溶液的浓度对缓蚀效率的影响'>2.1 不同 NaOH 和 NaIP₆溶液的浓度对缓蚀效率的影响
• 2.2 铜电极表面植酸钠防腐膜的形态表征
• 2.3 交流阻抗法测试铜电极表面氧化膜的电性质
• 2.4 原位紫外-可见光谱图
• 2.5 在亚铜形成电势区的 CVA 和 DCVA 图
• 2.6 在二价铜生成电势区的 CVA 和 DCVA 图
• 3 本章小结
• 2SO₄介质中 AMT 对铜缓蚀作用的光谱电化学研究'>第四章 Na₂SO₄介质中 AMT 对铜缓蚀作用的光谱电化学研究
• 1 实验部分
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 溶液配制
• 1.3 电极制备和实验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 不同浓度 AMT 对缓蚀效率的影响
• 2.2 pH 对缓蚀效率的影响
• 2.3 原位紫外光谱图
• 2.4 不同吸附时间下 AMT 缓蚀作用的 Tafel 动力学图
• 2.5 不同浓度下 AMT 缓蚀作用的 Tafel 图
• 3 植酸与 AMT 的复配效果
• 4 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文