酸液中兩種席夫堿對碳鋼的緩蝕性研究

周蘭慧 張興鑫

摘 要：本文針對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，評價了甲醛縮苯胺、肉桂醛縮苯胺對N80碳鋼的酸蝕產生的緩蝕效果，結果表明：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。

關鍵詞：緩蝕；N80碳鋼；失重實驗；肉桂醛

緩蝕劑的定義為將微量或少量的一種或幾種化學物質（無機物、有機物）添加到腐蝕介質中，明顯減緩甚至停止金屬材料在該介質中的腐蝕速度[1]。研究發現，有機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固而穩定的化學鍵，從而減緩酸液對金屬的腐蝕[2]。實驗采用含有苯環的苯胺和肉桂醛做合成原料，合成兩種不同的席夫堿，利用靜態失重法、動力學分析研究了該緩蝕劑對N80鋼在酸中的緩蝕性能。

1 實驗過程

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，主要是甲醛的羰基與苯胺的氨基發生加成反應生成中間產物-NH-CH2-OH，生成的-OH又與另一個苯胺所含的結合生成水。反應產物經過斷裂，轉位重排后生成產物，簡化后的反應方程式如下所示：

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，冷卻結晶，抽濾。

1.2實驗過程

實驗采用同一系列的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，在通風處吹干。兩片鋼片為一組，取100 mL的鹽酸，加入規格為100 mL的細口錐形瓶中，用細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，根據失重量算出腐蝕率。

腐蝕率的計算公式如下：

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量（g），S為掛片表面積（m-2），t為腐蝕時間（h）。

再根據腐蝕率計算緩蝕劑的緩蝕率η，計算公式為：

其中，V，V0為單位時間內單位質量的金屬有無緩蝕劑的腐蝕量。

2 結果與討論

2.1不同溫度下兩種緩蝕劑的腐蝕速率

根據實驗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，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，兩種緩蝕劑的腐蝕速率都增大，溫度較低時，兩種緩蝕劑腐蝕速率增加的都比較平緩，50～60℃時，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，腐蝕速率增大的趨勢更明顯。溫度較低時，兩種緩蝕劑緩蝕效果都很好，50℃以上時，用肉桂醛縮苯胺緩蝕效果相對較好。

2.2不同溫度下兩種緩蝕劑的曲線

根據圖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別，30℃時，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聯系，可得出肉桂醛縮苯胺對碳鋼的緩蝕效果比甲醛縮苯胺的效果好，其在溫度較高時也有良好的緩蝕能力。

2.3緩蝕劑在動力學上的影響

化學動力學在研究反應速率和反應機理上有重大意義。動力學研究中的阿倫尼烏斯公式是反映化學反應速率常數隨溫度變化關系的經驗公式，公式表示為：

兩邊取對數，得：

其中，K為速率常數，R為摩爾氣體常量，T為熱力學溫度，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，以反應速率常數的對數1nv為縱坐標，以反應溫度倒數的1000倍為橫坐標作圖，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，因為活化能增大，導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。根據計算，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，與前面得出的結論相一致。

3 結語

本實驗采用靜態失重法，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℃內的酸液中N80碳鋼的緩蝕效率。研究結果表明：（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，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，作為緩蝕劑時碳鋼的失重率小，能起到很好的緩蝕作用。

[參考文獻]

[1]劉麗.緩蝕劑在金屬防腐技術中的應用[J].廣東化工，2014， 41（18）：123.

[2]KSTC，EMREGI K C， ATAKOL O.Schiff bases of increasing cpmplexity as mild steel corrosion inhibitors in 2M HCl[J].Corrosion Science， 2007， 49 （7）： 2800-2814.