一種碳鋼酸洗緩蝕劑的制備及性能評價

王永

【摘 要】合成了鄰香草醛縮氨基硫脲席夫堿并采用電化學方法研究了其在硫酸溶液中對碳鋼的緩蝕性能。結果表明，OVT對碳鋼有良好的緩蝕作用。298 K條件下，OVT濃度達到300×10-6mol/L時，緩蝕效率達到93.1%。OVT是一種以抑制陰極反應為主的混合型緩蝕劑。

【關鍵詞】席夫堿;碳鋼;緩蝕劑

中圖分類號： TG174.42文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）21-0222-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.103

0 引言

碳鋼在電力和石化工業中被廣泛用作結構材料。然而，在工業清洗和油井酸化等過程時，碳鋼很容易溶解在酸溶液中[1]，造成相當大的經濟損失，并危及人身安全。為了防止酸腐蝕，人們采取了許多方法，包括有機涂層[2]、緩蝕劑[3]及陰極保護[4]等。其中，使用緩蝕劑是一種非常有效、經濟的方法。研究表明，那些含有N，O，P，S和芳香環環或極性官能團的分子結構，具有較好的緩蝕效果。因為這些化合物具有活性吸附中心，能夠通過電荷共享或轉移吸附到碳鋼表面上形成穩定的鍵[5]，從而降低碳鋼腐蝕的腐蝕速率。席夫堿類化合物由于具有上述分子特征而有望成為性能良好的緩蝕劑。本文合成了鄰香草醛縮氨基硫脲（OVT）席夫堿，并用失重法、動電位極化法和電化學阻抗譜（EIS）研究了它對Q235碳鋼在0.5mol/L硫酸溶液中的緩蝕性能。

1 實驗部分

OVT通過鄰香草醛與氨基硫脲的縮合反應合成[6]。

電化學測試采用三電極體系，在電化學工作站上進行。分別鉑片電極和飽和甘汞電極作為輔助電極和參比電極。Q235碳鋼電極（裸露面積為0.50cm2）作為工作電極。測試前，對碳鋼電極打磨拋光，丙酮擦洗，然后用蒸餾水清洗。所有的電化學實驗開始前，工作電極必須在腐蝕溶液中浸泡1h，以達到穩定的開路電位（EOCP）。動電位極化曲線設置范圍：EOCP±250mV，掃描速率為1mV/s。電化學阻抗測試的頻率范圍為0.01Hz～100kHz，電位為EOCP，交流電幅值為5mV，阻抗數據通過Zview軟件分析。

2 結果與討論

2.1 EIS測試結果

圖1是碳鋼在0.5mol/L硫酸溶液中的Nyquist圖線。可以看出，容抗弧是一個不完美半圓，這種現象通常被認為是由于電極表面的粗糙度以及不均一性導致彌散的結果。同時說明碳鋼的腐蝕受到電荷轉移的控制。隨著OVT濃度的增加，高頻容抗弧的直徑顯著提高，而低頻感抗弧逐漸消失，這種現象被認為是在阻抗譜一種“退化”現象，除此之外，該圖并沒有其他變化，這表明緩蝕劑的存在對腐蝕機理的影響比不大。在低頻感抗弧可能歸因于在松散過程中SO42-和H+在電極表面上的吸附或在表面重新溶解。

圖2為碳鋼在H2SO4溶液中的等效電路圖，其中Rs為溶液電阻，Rct為電荷轉移電阻，CPE是常相位元件，反應緩蝕劑分子在電極表面的吸附特性。根據η%=（1-Rct，0/Rct）×100%計算緩蝕效率η。從表1可以看出，Rct的值隨著緩蝕劑濃度C的不斷增加，其值由17.4Ωcm2增加到271Ωcm2，表明緩蝕劑分子形成一層吸附層，抑制有效抑制了碳鋼在硫酸中的腐蝕。在OVT濃度為300×10-6mol/L時，其緩蝕效率值達到93.1%。

2.2 動電位極化曲線測試結果

圖3為298K時，添加不同濃度OVT的0.5mol/L H2SO4溶液中碳鋼的極化曲線。表2是應用Tafel曲線外推法得到的各動力學參數及計算所得的緩蝕效率η。其中，計算緩蝕效率的公式為：η%=（1-i0corr/icorr）×100%，其中，icorr和i0corr分別為添加和未添加緩蝕劑溶液的電流密度。

很明顯，隨著OVT濃度的增加，碳鋼的陽極和陰極腐蝕電流密度均逐漸減小，表明陽極和陰極反應均受到抑制，這通常是由于這些緩蝕劑在表面活性位點的覆蓋所致。濃度為300×10-6mol/L時，緩蝕效率達到90.5%。與空白溶液相比，自腐蝕電位Ecorr負移，而且隨著OVT濃度的增大，電位負移的幅度也增加，但是最大位移不超過85 mV，由此可以判斷，OVT為以抑制陰極反應為主的混合型緩蝕劑。在各濃度的緩蝕劑溶液中，陽極斜率βc的絕對值都比陰極斜率βa大一些，進一步證實了OVT主要是抑制陰極腐蝕反應。值得注意的是，陰極斜率βc值隨緩蝕劑濃度的變化不大，說明陰極析氫過程受活化控制，緩蝕劑的加入并沒有改變其機理。換言之，這些抑制劑通過占據碳鋼表面的活性反應點來延緩陰極反應。然而，βa值的變化更為明顯，表明由于分子結構中存在長電子對，這些抑制劑可以通過形成Fe（II）-緩蝕劑復合物來影響鐵的溶解動力學過程。由動電位極化曲線法測試得到的緩蝕效率變化趨勢與EIS試驗結果相一致。

3 結論

采用電化學阻抗譜和動電位極化曲線研究了緩蝕劑OVT在0.5mol/L硫酸溶液中對碳鋼的緩蝕行為。結果表明，在298K條件下，OVT具有好的緩蝕效果，而且緩蝕效率隨著緩蝕劑濃度的增高而增加，在OVT濃度為300×10-6mol/L時，其緩蝕效率值達到93.1%。極化曲線表明OVT是一以抑制陰極反應為主混合型緩蝕劑，OVT的加入沒有改變碳鋼的在硫酸中的腐蝕機理。

【參考文獻】

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