硫酸介质中苯并咪唑及其衍生物对碳钢的缓蚀性能研究

发布时间：2017-10-27 20:32

  本文关键词：硫酸介质中苯并咪唑及其衍生物对碳钢的缓蚀性能研究

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【摘要】：Q235钢是一种在现代工业中应用广泛的金属材料,本论文研究Q235钢在酸性介质中的腐蚀行为及缓蚀剂对其腐蚀过程的影响,可为实际应用中筛选缓蚀剂的可行性提供理论依据。随着对环境保护的要求的提高,开发和研究经济高效、环保型缓蚀剂已成为当前缓蚀研究的重要课题。苯并咪唑类化合物作为常见的酸洗缓蚀剂,具有高效、低毒和易降解的优点。本论文筛选了四种取代基不同的苯并咪唑类缓蚀剂,通过电化学测试、失重测试、表面形貌分析和量子化学计算等分析方法研究了四种物质对0.1M H2SO4溶液中Q235钢缓蚀性能的影响。其中选取的四种缓蚀剂分别为苯并咪唑、2-氨基苯并咪唑、2-苯基苯并咪唑、奥美拉唑,它们均具备较好的热稳定性,低毒,无刺激性气味,且结构中具有不饱和键、苯环及含N、S等原子的官能团。不同取代基的苯并咪唑类衍生物在金属表面具有不同吸附能力,因此,我们可以通过选择合适的取代基来提高化合物的缓蚀性。本论文主要研究成果如下:(1)交流阻抗实验的测试结果显示,电荷转移电阻Rct随着加入的缓蚀剂浓度的增加而增大,缓蚀效率逐渐升高,而界面双电层电容Cdl则相应地减小,这是由于拥有较小的介电常数和较大的体积的苯并咪唑类缓蚀剂分子取代了吸附在碳钢表面的水分子,且形成了一层吸附膜,从而有效地阻止了硫酸对碳钢的腐蚀。动电位极化曲线的测试结果显示,随着缓蚀剂的加入,腐蚀电流密度Icorr明显减小,说明在硫酸介质中所添加的缓蚀剂能够有效地抑制Q235钢的腐蚀。通过电化学测试所得的结果与失重测试具有较好的一致性。(2)苯并咪唑缓蚀剂是吸附型缓蚀剂,覆盖度θ是研究其吸附行为的重要参数。在298K时,四种有机缓蚀剂在Q235钢表面的吸附均服从Langmuir吸附模型。根据吸附过程的吉布斯自由能△Gads值,可以判断缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附均为自发进行过程,并且是物理吸附和学吸附共同作用的结果。(3)实验结果表明,苯并咪唑类缓蚀剂在0.1M H2SO4溶液中对Q235钢均有一定的缓蚀作用,当取代基不同时,其分子呈现不同的缓蚀效率。其中奥美拉唑在浓度为1×10-3M左右时,达到最高缓蚀效率约为98%。综合分析得出四种有机缓蚀剂缓蚀性能排序为:奥美拉唑2-苯基苯并咪唑2-氨基苯并咪唑苯并咪唑。(4)利用量子化学方法计算了四种缓蚀剂分子的特征参数,由量化参数与缓蚀性能的关系,进而分析了苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能与其分子结构的关系。结果表明,分子的最高占据轨道能量EHOMO越大,苯并咪唑类缓蚀剂的缓蚀作用越强,而分子能带(ΔE=ELUMO-EHOMO)和偶极距μ越小,其缓蚀效果越好。综合分析可得四种缓蚀剂分子的缓蚀效率由高到低依次为:奥美拉唑2-苯基苯并咪唑2-氨基苯并咪唑苯并咪唑,结论与实验测得的缓蚀效率大小顺序相吻合。
【关键词】：缓蚀剂 碳钢 苯并咪唑 电化学测试方法 量子化学计算
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.42
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 缓蚀剂的概述10-11
• 1.3 苯并咪唑类缓蚀剂的研究进展11-12
• 1.4 缓蚀性能的分析方法12-14
• 1.4.1 交流阻抗法(EIS)12
• 1.4.2 Tafel曲线外推法12
• 1.4.3 腐蚀产物分析法12
• 1.4.4 现代表面分析技术12-13
• 1.4.5 量子化学计算13
• 1.4.6 分子动力学模拟13-14
• 1.5 有机缓蚀剂的吸附作用机理14
• 1.5.1 物理吸附14
• 1.5.2 化学吸附14
• 1.6 影响缓蚀剂缓蚀性能的因素14-15
• 1.6.1 分子结构对缓蚀性能的影响14-15
• 1.6.2 环境对缓蚀性能的影响15
• 1.7 选题意义及研究内容15-18
• 1.7.1 选题意义15
• 1.7.2 研究内容15-18
• 2 实验内容与测试方法18-24
• 2.1 实验材料18
• 2.2 化学试剂与测试仪器18-19
• 2.1.1 化学试剂与选择依据18-19
• 2.1.2 实验仪器19
• 2.3 研究方法19-24
• 2.3.1 电化学测试方法19-21
• 2.3.2 失重实验21
• 2.3.3 量子化学计算21
• 2.3.4 表面腐蚀形貌试验21-24
• 3 硫酸介质中苯并咪唑及其衍生物对碳钢的缓蚀作用24-50
• 3.1 苯并咪唑对碳钢的缓蚀性能研究24-30
• 3.1.1 交流阻抗谱（EIS）测试24-26
• 3.1.2 极化曲线测试26-28
• 3.1.3 失重法测试28
• 3.1.4 苯并咪唑在碳钢表面的吸附行为研究28-30
• 3.2 2-氨基苯并咪唑对碳钢的缓蚀性能研究30-35
• 3.2.1 交流阻抗谱（EIS）测试30-32
• 3.2.2 极化曲线测试32-34
• 3.2.3 失重法测试34
• 3.2.4 2-氨基苯并咪唑在碳钢表面的吸附行为研究34-35
• 3.3 2-苯基苯并咪唑对碳钢的缓蚀性能研究35-41
• 3.3.1 交流阻抗谱（EIS）测试36-37
• 3.3.2 极化曲线测试37-39
• 3.3.3 失重法测试39-40
• 3.3.4 2-苯基苯并咪唑在在碳钢表面的吸附行为研究40-41
• 3.4 奥美拉唑对碳钢的缓蚀性能研究41-48
• 3.4.1 交流阻抗谱（EIS）测试41-43
• 3.4.2 极化曲线测试43-45
• 3.4.3 失重法测试45-47
• 3.4.4 奥美拉唑在碳钢表面的吸附行为研究47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 4 苯并咪唑及其衍生物对碳钢的缓蚀性能的比较与讨论50-60
• 4.1 四种缓蚀剂的缓蚀效率比较50-52
• 4.2 四种有机缓蚀剂分子的吸附行为比较52-54
• 4.3 四种有机缓蚀剂的量子化学计算54-56
• 4.4 腐蚀形貌分析比较56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 5 结论与展望60-64
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-72
• 附录72
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录72
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目72

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本文编号：1105107