碳量子点缓蚀剂的缓蚀行为与机理研究
发布时间：2021-04-04 20:32
目的探究碳量子点对不同金属在不同工况下的缓蚀性能,分析其在溶液中的作用方式,并提出对金属的缓蚀机理模型,阐释其与传统缓蚀剂分子作用机制的差异。方法采用水热法制备碳量子点,使用质量损失挂片、电化学测试及表面分析手段,研究碳量子点对碳钢和铝合金分别在饱和CO2盐溶液和盐酸溶液中的缓蚀性能。结果碳量子点对碳钢和铝合金的腐蚀具有明显的抑制作用,质量损失测试证实,当添加质量浓度分别为50 mg/L和5 mg/L时,缓蚀效率可对应达到93%和86%。另外,阳极极化曲线段均出现明显的脱附电位,证实碳量子点在电极表面存在明显的吸附过程。微观形貌表征揭示碳量子点在金属界面形成了厚度超过100 nm的纳米结构保护膜,从而提升了表面疏水性能。不同时间下的电化学阻抗谱测试和荧光显微观察结果表明,其在溶液中的缓蚀作用达到稳定所需时间明显长于传统的缓蚀剂,约为3 h。结论碳量子点是一种缓蚀性能优异的纳米材料缓蚀剂,独特的组成结构使其能在金属表面吸附或鳌合成膜,特殊的荧光性质为其吸附过程的原位表征提供来了新思路。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
S-CDs合成示意
行原位观察表征。3）电化学测试。采用传统的三电极体系，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为辅助电极，在50℃条件下进行电化学测试。碳钢和铝合金的极化曲线扫描范围相对于开路电位（OCP）分别为–100~200mV和–150~150mV，扫描速度为0.5mV/s。电化学阻抗谱测试（EIS）在OCP下进行，采用±5mV的交流信号为扰动信号，测试频率范围为100kHz~10mHz。2结果与分析2.1质量损失测试将碳钢和铝合金试样分别在添加不同浓度N,S-CDs条件下进行质量损失测试，试样腐蚀速率vcorr的平均值和误差范围以及缓蚀效率η如图2所示。相对于空白条件，添加N,S-CDs后，碳钢和铝合金的腐蚀速率皆明显减小，且缓蚀效率随N,S-CDs浓度的增加而不断增大。当N,S-CDs添加量较低时，缓蚀效率变化较明显。继续增大浓度后，缓蚀效率变化逐渐趋于平稳。当添加量为50mg/L时，N,S-CDs对碳钢在饱和CO2的3.5%NaCl溶液中的缓蚀效率可达到93%；当添加量为5mg/L时，N,S-CDs对铝合金在0.1mol/LHCl溶液中的缓蚀效率可达到86%。2.2电化学测试2.2.1开路电位监测在添加不同浓度N,S-CDs条件下，体系开路电位随浸泡时间的变化如图3所示。与常规分子缓蚀剂不同[16-17]，N,S-CDs在溶液中达到稳定需要更长的时间。对于碳钢，相比于空白条件下的开路电位，当添加不同浓度的N,S-CDs后，腐蚀电位明显正移，且正移幅度与N,S-CDs的浓度成正比；但电位达到稳定所需要的时间与N,S-CDs的浓度成反比，即N,S-CDs加入浓度越高，电位振荡时间越短，这与浓度扩散效应有关。对于铝合金而言，在腐蚀电位达到稳定之前，出现了明显的正移；而当腐蚀电位达到稳定状态时，含有N,S-CDs条件下的腐蚀电位比空白环境下的电位负移约30mV。随着浸泡时间的延长和N,S-CDs浓度的?
值和误差范围以及缓蚀效率η如图2所示。相对于空白条件，添加N,S-CDs后，碳钢和铝合金的腐蚀速率皆明显减小，且缓蚀效率随N,S-CDs浓度的增加而不断增大。当N,S-CDs添加量较低时，缓蚀效率变化较明显。继续增大浓度后，缓蚀效率变化逐渐趋于平稳。当添加量为50mg/L时，N,S-CDs对碳钢在饱和CO2的3.5%NaCl溶液中的缓蚀效率可达到93%；当添加量为5mg/L时，N,S-CDs对铝合金在0.1mol/LHCl溶液中的缓蚀效率可达到86%。2.2电化学测试2.2.1开路电位监测在添加不同浓度N,S-CDs条件下，体系开路电位随浸泡时间的变化如图3所示。与常规分子缓蚀剂不同[16-17]，N,S-CDs在溶液中达到稳定需要更长的时间。对于碳钢，相比于空白条件下的开路电位，当添加不同浓度的N,S-CDs后，腐蚀电位明显正移，且正移幅度与N,S-CDs的浓度成正比；但电位达到稳定所需要的时间与N,S-CDs的浓度成反比，即N,S-CDs加入浓度越高，电位振荡时间越短，这与浓度扩散效应有关。对于铝合金而言，在腐蚀电位达到稳定之前，出现了明显的正移；而当腐蚀电位达到稳定状态时，含有N,S-CDs条件下的腐蚀电位比空白环境下的电位负移约30mV。随着浸泡时间的延长和N,S-CDs浓度的增加，腐蚀电位逐渐变负，最大差别约为15mV。图2在添加不同浓度N,S-CDs条件下的质量损失测试结果Fig.2ResultsofweightlossmeasurementswithdifferentconcentrationofN,S-CDsfor(a)carbonsteel,(b)aluminiumalloy图3在添加不同浓度N,S-CDs条件下OCP随浸泡时间的变化Fig.3OCPversustime-variationcurvesunderdifferentconcentrationsofN,S-CDsfor(a)carbonsteel,(b)aluminiumalloy
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型胺基磷酸酯水溶缓蚀剂的合成及其缓蚀性能[J]. 李玲杰,张彦军,杨耀辉,张红磊,王志涛. 腐蚀与防护. 2019(09)
[2]二氧化碳腐蚀缓蚀剂及其缓蚀机理的研究进展[J]. 王梦,张静. 表面技术. 2018(10)
[3]原油与高压CO2共存条件下咪唑啉缓蚀剂的作用行为研究[J]. 韩帅豪,岑宏宇,陈振宇,邱于兵,郭兴蓬. 中国腐蚀与防护学报. 2017(03)
[4]咪唑啉季铵盐的合成及其在CO2腐蚀环境中的缓蚀性能[J]. 赵景茂,尚洪帅,王帅东. 北京化工大学学报(自然科学版). 2012(05)
本文编号：3118439
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
S-CDs合成示意
行原位观察表征。3）电化学测试。采用传统的三电极体系，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为辅助电极，在50℃条件下进行电化学测试。碳钢和铝合金的极化曲线扫描范围相对于开路电位（OCP）分别为–100~200mV和–150~150mV，扫描速度为0.5mV/s。电化学阻抗谱测试（EIS）在OCP下进行，采用±5mV的交流信号为扰动信号，测试频率范围为100kHz~10mHz。2结果与分析2.1质量损失测试将碳钢和铝合金试样分别在添加不同浓度N,S-CDs条件下进行质量损失测试，试样腐蚀速率vcorr的平均值和误差范围以及缓蚀效率η如图2所示。相对于空白条件，添加N,S-CDs后，碳钢和铝合金的腐蚀速率皆明显减小，且缓蚀效率随N,S-CDs浓度的增加而不断增大。当N,S-CDs添加量较低时，缓蚀效率变化较明显。继续增大浓度后，缓蚀效率变化逐渐趋于平稳。当添加量为50mg/L时，N,S-CDs对碳钢在饱和CO2的3.5%NaCl溶液中的缓蚀效率可达到93%；当添加量为5mg/L时，N,S-CDs对铝合金在0.1mol/LHCl溶液中的缓蚀效率可达到86%。2.2电化学测试2.2.1开路电位监测在添加不同浓度N,S-CDs条件下，体系开路电位随浸泡时间的变化如图3所示。与常规分子缓蚀剂不同[16-17]，N,S-CDs在溶液中达到稳定需要更长的时间。对于碳钢，相比于空白条件下的开路电位，当添加不同浓度的N,S-CDs后，腐蚀电位明显正移，且正移幅度与N,S-CDs的浓度成正比；但电位达到稳定所需要的时间与N,S-CDs的浓度成反比，即N,S-CDs加入浓度越高，电位振荡时间越短，这与浓度扩散效应有关。对于铝合金而言，在腐蚀电位达到稳定之前，出现了明显的正移；而当腐蚀电位达到稳定状态时，含有N,S-CDs条件下的腐蚀电位比空白环境下的电位负移约30mV。随着浸泡时间的延长和N,S-CDs浓度的?
值和误差范围以及缓蚀效率η如图2所示。相对于空白条件，添加N,S-CDs后，碳钢和铝合金的腐蚀速率皆明显减小，且缓蚀效率随N,S-CDs浓度的增加而不断增大。当N,S-CDs添加量较低时，缓蚀效率变化较明显。继续增大浓度后，缓蚀效率变化逐渐趋于平稳。当添加量为50mg/L时，N,S-CDs对碳钢在饱和CO2的3.5%NaCl溶液中的缓蚀效率可达到93%；当添加量为5mg/L时，N,S-CDs对铝合金在0.1mol/LHCl溶液中的缓蚀效率可达到86%。2.2电化学测试2.2.1开路电位监测在添加不同浓度N,S-CDs条件下，体系开路电位随浸泡时间的变化如图3所示。与常规分子缓蚀剂不同[16-17]，N,S-CDs在溶液中达到稳定需要更长的时间。对于碳钢，相比于空白条件下的开路电位，当添加不同浓度的N,S-CDs后，腐蚀电位明显正移，且正移幅度与N,S-CDs的浓度成正比；但电位达到稳定所需要的时间与N,S-CDs的浓度成反比，即N,S-CDs加入浓度越高，电位振荡时间越短，这与浓度扩散效应有关。对于铝合金而言，在腐蚀电位达到稳定之前，出现了明显的正移；而当腐蚀电位达到稳定状态时，含有N,S-CDs条件下的腐蚀电位比空白环境下的电位负移约30mV。随着浸泡时间的延长和N,S-CDs浓度的增加，腐蚀电位逐渐变负，最大差别约为15mV。图2在添加不同浓度N,S-CDs条件下的质量损失测试结果Fig.2ResultsofweightlossmeasurementswithdifferentconcentrationofN,S-CDsfor(a)carbonsteel,(b)aluminiumalloy图3在添加不同浓度N,S-CDs条件下OCP随浸泡时间的变化Fig.3OCPversustime-variationcurvesunderdifferentconcentrationsofN,S-CDsfor(a)carbonsteel,(b)aluminiumalloy
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型胺基磷酸酯水溶缓蚀剂的合成及其缓蚀性能[J]. 李玲杰,张彦军,杨耀辉,张红磊,王志涛. 腐蚀与防护. 2019(09)
[2]二氧化碳腐蚀缓蚀剂及其缓蚀机理的研究进展[J]. 王梦,张静. 表面技术. 2018(10)
[3]原油与高压CO2共存条件下咪唑啉缓蚀剂的作用行为研究[J]. 韩帅豪,岑宏宇,陈振宇,邱于兵,郭兴蓬. 中国腐蚀与防护学报. 2017(03)
[4]咪唑啉季铵盐的合成及其在CO2腐蚀环境中的缓蚀性能[J]. 赵景茂,尚洪帅,王帅东. 北京化工大学学报(自然科学版). 2012(05)
本文编号：3118439
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