碳钢—草酸体系中聚天冬氨酸的缓蚀作用及机理研究

论文摘要

聚天冬氨酸（PASP）是国际上公认的绿色化学品之一,近些年来对PASP的研究主要集中在作为水处理剂和其它添加剂方面。在酸性条件下作为金属缓蚀剂的研究文献报道不多。金属的有机酸洗是工业应用的一个实际体系,在草酸溶液中PASP作为碳钢的缓蚀剂研究是一个新尝试。本文主要采用电化学方法并借助失重法及扫描电镜技术,研究PASP对45#碳钢在草酸溶液中的缓蚀情况,表面成膜状况及与其它物质的协同作用并对机理进行了初步探讨。主要实验及研究结果如下:在常温下测试体系的稳态极化曲线:电位跟踪实验表明Ecorr随着PASP的加入向负移;测得的极化电阻（Rp）随PASP添加浓度的增大而增大,当PASP的添加浓度为5.0g/L时,缓蚀率最大达到83.3%;在强极化区初步判断PASP对碳钢是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂,随着PASP浓度的递增,体系的腐蚀电流icorr递减,说明PASP在碳钢表面形成的吸附膜越来越完整、致密,在浓度为4.0g/L时缓蚀率可达到77.6%。电化学阻抗谱测试得到的电化学参数显示:在实验温度范围内,开路电位下电荷传递电阻Rt随着PASP浓度的增加而增大,PASP对碳钢的缓蚀存在稳定值,当添加量达到4.0g/L时缓蚀效果基本稳定,25℃时缓蚀率为70.1%,再增大浓度缓蚀率没有明显增加。在5℃～35℃的范围内,PASP缓蚀效果较好,当PASP浓度达到4.0g/L时,各个温度下最大缓蚀率都能达到70.0%以上;当温度超过45℃时,缓蚀率降低。在草酸溶液中碳钢电极的阳极极化曲线有明显的钝化,测得碳钢维钝电流值为Imax=-4.5×10-4,稳定钝化区范围约为:-0.25V1.30V,不同阳极极化电势范围内的阻抗谱形式不同,在溶解区EIS阻抗值减小,在稳定钝化区EIS阻抗值很大,在第二个电流峰处阻抗变小且低频出现实部收缩,虚部增长的现象,碳钢在过钝化区再次进入溶解状态,相应的阻抗值减小。按照国家化工行业标准—HG5/1526进行静态腐蚀试片失重试验,结果表明:PASP的加入使失重量减小,当添加量达到4.0g/L时,腐蚀率由1.597mm·a-1降到0.426mm·a-1,缓蚀效率达到73.3%。与电化学方法测试所得规律一致。扫描电镜照片可观察到:在含PASP的溶液中浸泡后的试片表面被膜层覆盖。当浸泡时间较短时膜层是由PASP在碳钢表面吸附聚集形成的,当浸泡时间很长或将碳钢极化时其成分应为Fe（C2O4）组成的钝化膜和PASP形成的吸附膜的叠加。实验条件下,PASP在碳钢上的吸附符合Temkin吸附等温式,25℃时缓蚀率η与PASP摩尔浓度之间的关系为:η=0.0461lnC+0.9943;根据Arrhenius计算出的表观活化能Ea的值,在原液中为35.75 kJ·mol-1,当PASP浓度达到4g/L时上升为50.13 kJ·mol-1,表明PASP在表面吸附成膜后,提高了反应的活化能垒,使电极反应速度降低。PASP与钼酸钠、硫脲、钨酸钠及十二烷基硫酸钠复配均表现为正协同,其中与钼酸钠复配后的缓蚀效果最好,单独使用低浓度钼酸钠对碳钢没有缓蚀效果,使用0.025g/L PASP缓蚀率只有20.2%,二者以1:2复配后缓蚀率达到65.3%,这是沉淀膜与吸附膜共同作用的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 酸性溶液中金属缓蚀剂的研究进展
• 1.2 缓蚀剂和缓蚀理论的发展
• 1.2.1 缓蚀剂的含义
• 1.2.2 缓蚀剂的使用范围与性能评价标准
• 1.2.3 缓蚀剂的理论研究
• 1.2.4 缓蚀剂的未来发展方向
• 1.3 新型绿色环保水处理剂——聚天冬氨酸
• 1.3.1 合成工艺
• 1.3.2 产物后处理
• 1.3.3 应用
• 1.4 选题依据和总体工作思路
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 总体工作思路
• 1.5 课题来源
• 第二章 实验测试技术及整体实验方案
• 2.1 实验测试技术
• 2.1.1 稳态电化学测量
• 2.1.2 交流阻抗方法
• 2.2 整体实验方案
• 2.2.1 实验体系的选择
• 2.2.2 实验测试仪器、设备
• 2.2.3 主要化学试剂及其它实验材料
• 2.2.4 实验内容
• 第三章 PASP 在草酸介质中对碳钢的缓蚀作用
• 3.1 聚天冬氨酸的来源及结构解析
• 3.1.1 以L—天冬氨酸为原料合成PASP
• 3.1.2 测定聚合物的红外光谱
• 3.2 体系自腐蚀电位的确定
• 3.3 稳态极化法测定PASP 在草酸体系中对碳钢的缓蚀性能
• p'>3.3.1 碳钢电极在体系中的极化电阻R_p
• 3.3.2 强极化曲线测试
• 3.4 静态腐蚀失重试验
• 3.5 扫描电镜法研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 电化学阻抗谱法研究 PASP 缓蚀效果及机理初探
• 4.1 PASP 在碳钢/草酸体系中的电化学阻抗谱研究
• 4.1.1 实验温度与PASP 浓度对电化学阻抗谱的影响
• 4.1.2 EQU 软件拟和阻抗谱数据及分析
• 4.1.3 PASP 的使用浓度与缓蚀效率的关系
• 4.2 电化学阻抗谱研究碳钢在草酸中的钝化
• 4.2.1 浸泡时间对电极表面状态的影响
• 4.2.2 阳极极化电位下体系的阻抗图谱
• 4.3 聚天冬氨酸对碳钢缓蚀机理的初步探讨
• 4.3.1 PASP 在电极表面的吸附热力学与电极反应的动力学
• 4.3.2 PASP 吸附膜的形成
• 4.4 本章小结
• 第五章 PASP 与其它缓蚀剂的复配协同效应
• 5.1 复配物质的初步筛选
• 5.2 聚天冬氨酸与硫脲的协同作用
• 5.3 聚天冬氨酸与十二烷基硫酸钠的协同作用
• 5.4 聚天冬氨酸与钨酸盐和钼酸盐的协同作用
• 5.4.1 聚天冬氨酸与钨酸钠的协同作用
• 5.4.2 聚天冬氨酸与钼酸钠的协同作用
• 5.5 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢