基于自组装与同轴电纺构筑金属铜缓蚀膜及其光谱与电化学研究

发布时间：2020-07-18 20:05

【摘要】：铜是一种具有良好导电、导热、机械可塑性能的金属,广泛用于工业生产中,例如电线、薄板、管子等。一般情况下,铜具有一定良好的耐腐蚀性,但在含氧的水、含有CN~-、Cl~-、NO_3~-的溶液中易形成配位离子从而受到腐蚀。金属铜的腐蚀会给生产应用带来巨大的经济损失,因此,金属铜的缓蚀防护获得了许多研究人员的注意。目前为止有很多有关铜的缓蚀研究,其中在金属铜表面修饰铜缓蚀剂是一种十分经济有效的方法。本文主要采用单一缓蚀剂膜、具有自修复性的植酸微胶囊缓蚀膜以及具有自修复性的同轴静电纺丝膜分别对金属铜进行缓蚀研究对比。表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)光谱能够提供丰富的分子振动信息,对缓蚀过程和机理的阐明具有十分重要的意义。本文利用拉曼光谱、电化学交流阻抗谱(Electrochemical Impedance spectroscopy,EIS)、电化学极化曲线(Electrochemical electrochemical polarization curve)等技术探讨了缓蚀剂分子在金属表面的吸附行为和缓蚀性能的关系,并运用相关的计算公式计算出缓蚀效率并对缓蚀机理进行探讨。1.4,5-二氨基-2-硫脲嘧啶(简称MPD)是一种医药中间体,具有稳定的生物活性,近年来多应用于医学与生物等领域。4,5-二氨基-2-硫脲嘧啶分子含有-S-H和-N-H官能团,它们可作为吸附中心,能够较好地与金属离子结合,因此,4,5-二氨基-2-硫脲嘧啶是潜在的缓蚀剂。本实验采用4,5-二氨基-2-硫脲嘧啶作为金属铜缓蚀剂分子,研究了在不同组装时间以及不同浓度的4,5-二氨基-2-硫脲嘧啶溶液等条件下,该分子对铜缓蚀性能的影响。实验结果表明,当组装浓度为5×10~(-4)M,组装时间为8 h时,缓蚀效率最好,达到98.1%。2.单一缓蚀剂修饰金属铜表面所获得的缓蚀效果较好,但表面一旦被破坏,金属暴露于腐蚀介质中仍会被严重腐蚀,因此,具有自修复性能的缓蚀薄膜是一种更好的防腐方法。4-甲基-4H-3-巯基-1,2,4-三氮唑(简称4-MTTL)现常用于药物与杀虫剂等,三唑型缓蚀剂分子的杂环上有三个N原子,其孤对电子和杂环的π电子会与金属的d空轨道形成多吸附的化学键,吸附更稳定,在结构上具备作为缓蚀剂的优势。植酸(简称PA)是一种环境友好型的化学添加剂,广泛地存在于豆类、水稻等植物中。植酸分子含有六个磷酸酯键,易与Cu~(2+)金属离子结合。本实验基于植酸在加热条件下能够生成植酸胶束的原理,将缓蚀剂4-甲基-4H-3-巯基-1,2,4-三氮唑包覆在其中,形成具有自修复性能的植酸微胶囊,并对此进行缓蚀性能的研究。本实验发现此自修复微胶囊薄膜在PA溶液为10~-22 M时与4-MTTL溶液浓度比为1:10时,组装时间为5 h时,缓蚀效率最好,达到94.5%。同时开路电位法(Open Circuit Potential,OCP)和I-E曲线证明此薄膜是具有自修复功能的。3.具有自修复性的微胶囊在金属表面形成缓蚀薄膜的效果较好,但其缺点是组装时间较长。为能够缩短组装时间使应用更便捷,本章实验用同轴静电纺丝的方法制备具有自修复性能的电纺丝薄膜来对金属铜的缓蚀进行研究。聚乙烯吡咯烷酮(简称PVP)是一种具有优良的溶解性及生理相容性的高分子化合物,具有成膜性、粘结性,可发生凝聚作用,广泛应用于医药、食品、化妆品等与人们健康密切相关的领域中。聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)是无毒环保的材料,可用于生产餐具与卫生洁具等,具有良好的化学稳定性,对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能和耐候性。实验结果表明制得的同轴静电纺丝薄膜具有疏水性,甚至置于强酸强碱时都具有疏水性(接触角都大于110°),并且通过电化学研究,缓蚀效率可以达到94.1%。
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

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