均三嗪二硫醇类化合物在盐酸溶液中对铝合金的缓蚀性能研究

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工业上常采用酸洗的方法除去金属表面的锈蚀及污垢。为了减少酸洗过程中金属基底不必要的损失及酸洗液的过量消耗,常向体系中添加缓蚀剂,然而近年来工业生产中所使用的缓蚀剂,尤其是铬酸盐和有机磷类,对环境所表现出的生物毒性引起了各国环保部门的重视,已被禁止在基础设施和海洋工程建设中使用。因此,环保高效型缓蚀剂的成为了目前腐蚀科学的研究热点之一。均三嗪二硫醇类化合物富含S、N等杂原子,具有较高的化学活性且安全无毒,是非常具有发展潜力的环境友好型缓蚀剂。本研究以四种均三嗪二硫醇类化合物(6-N,N-二烯丙基胺-1,3,5-三嗪-2,4-硫醇单盐,DAN;6-N,N-二丁基胺-1,3,5-三嗪-2,4-硫醇单盐,DBN;6-N,N-二(6-甲基庚基)胺-1,3,5-三嗪-2,4-硫醇单盐,iso-DON;6-(N-烯丙基-1,1,2,2-四氢过氟癸基)胺-2-巯基-1,3,5-三嗪-4-硫醇单盐,AF17N)为缓蚀剂,采用失重法、扫描电子显微镜观察法、电化学测量法及吸附模型分析来研究这四种化合物在1mol·L-1盐酸溶液中对AA5052型铝合金的缓蚀性能与机理,探讨了化合物浓度、腐蚀时间和溶液温度对缓蚀效率的影响。实验结果表明:(1)四种均三嗪二硫醇类化合物在盐酸溶液中对铝合金的缓蚀能力依次为:DAN≈DBN>iso-DON>>AF17N。DAN和DBN对铝合金的缓蚀效率均随其浓度的增大而增大,且在较低浓度(C=0.03mmol·L-1)下就具有很高的缓蚀效率(91.67%和84.25%);随着腐蚀温度的提高,DAN和DBN对铝合金的缓蚀能力逐渐降低;随着腐蚀时间的延长,DAN和DBN对铝合金的缓蚀能力开始时略有提高然后不断降低。(2)20℃时AF17N对铝合金的缓蚀效率最低,最大值不超过40%。当温度从20℃升至30℃时,iso-DON的缓蚀效率最大值从87.64%降低至30.20%。Iso-DON和AF17N在酸溶液中均存在不同程度的絮凝,推测是由于三嗪环上的-S-与酸溶液中H+作用生成-SH降低了溶液中化合物的解离浓度,以及分子结构中较长支链(iso-DON:-CH2(C2H5)CH(CH2)3CH3;AF17N:-CH2CH2(CF2)7CF3)的空间效应等因素使分子间发生絮凝,因此两者不适合做酸性溶液的缓蚀剂。(3)开路电位测试结果表明,添加DAN和DBN后,开路电位从-0.738~-0.740V降低至-0.744~-0.752V。极化曲线测试结果表明,添加DAN和DBN均能明显降低AA5052型铝合金在盐酸溶液中的腐蚀电流密度,且缓蚀效率随着DAN和DBN浓度的增大而增大,在缓蚀剂浓度为1mmol·L-1时,缓蚀效率分别达到97.77%和98.83%;阴极塔菲尔斜率均随缓蚀剂浓度增大而增大,自腐蚀电位基本不变,说明DAN和DBN均属于混合型缓蚀剂。电化学阻抗测试结果表明,添加DAN和DBN后,容抗弧与感抗弧均随缓蚀剂浓度的提高而增大。(4)不同温度下,DAN在AA5052型铝合金表面的吸附模型均为Langmuir吸附模型。DBN在AA5052型铝合金表面的吸附模型在30~35℃时为Langmuir吸附模型,40℃时为Frumkin吸附模型,50℃时为Freundlich吸附模型,45℃时则同时满足Frumkin吸附模型和Freundlich吸附模型。温度升高时,标准吸附焓ΔHθ、表观活化能Ea、标准吸附熵ΔSθ和标准吸附自由能ΔGθ均增大,吸附机理由化学吸附变为混合型吸附,吸附膜可能由单层变为多层,金属表面活性位点的均匀程度发生了改变。(5)量子化学计算结果表明,DBN的最高被占轨道能量EHOMO更高,最高被占轨道能量与最低空轨道能量之差ΔE更大,因此缓蚀能力更佳。
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