酸性介质中吡啶基离子液体对N80钢的缓蚀性能研究

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中文摘要：传统的缓蚀剂在化学酸洗过程中存在溶解度小、毒性大、稳定性差、生物降解性差和成本限制等问题，会给环境和生态带来严重的危害。因此，开发对环境不构成破坏作用的绿色缓蚀剂，已成为缓蚀剂研究的热点。离子液体具有稳定性好、可设计、绿色环保等特点，是环境友好型缓蚀剂的研究热点之一。本研究选择了四种不同的吡啶基离子液体，分别是溴化N-辛基-4-甲基吡啶(O4MePyBr)、溴化N-丁基-4-甲基吡啶(B4MePyBr)、N-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐(B4MePyBF4)、N-丁基-4-甲基吡啶六氟磷酸盐(B4MePyPF6)以及传统的硫酸二甲酯吡啶季铵盐缓蚀剂，通过电化学测试、失重实验、扫描电镜测试、原子力显微镜和量子化学计算等方法系统研究了在298K下，它们对N80钢在1MHCl溶液中的缓蚀行为。相关研究内容和结论如下： (1)交流阻抗谱结果表明，随着缓蚀剂添加量的增加，电极的电荷传递电阻Rct增大，双电层电容Cdl反而减小，缓蚀效率增大。越来越多的缓蚀剂分子取代了水分子在电极表面的吸附，使电荷传递的阻力逐渐增大，抑制金属的腐蚀。 (2)极化曲线结果表明，随着缓蚀剂添加量的增加，自腐蚀电位Ecorr会正移，自腐蚀电流密度Icorr显著减小，缓蚀效率增大。阴阳极的反应机制没有被改变，五种缓蚀剂均属于混合型缓蚀剂。 (3)失重实验结果和表面形貌表征表明，腐蚀速率随着缓蚀剂添加量的增加而减小，缓蚀效率逐渐增大。缓蚀剂能有效地吸附在试样表面，从而对N80钢的腐蚀有一定抑制作用。 (4)吸附热力学计算结果表明，五种缓蚀剂在此体系的吸附均符合Langmuir吸附等温模型。ΔG0ads值都是负值，均为自发过程，除O4MePyBr外均为物理吸附和化学吸附共同存在的混合吸附。 (5)量子化学计算表明，ILS的缓蚀性能与其结构有着密切关系，在最优分子构型时的ΔE值和μ值均会影响ILS缓蚀性能。ILS与Fe表面的电子形成反馈键和配位键，在N80钢表面形成吸附膜层。 (6 )阴离子对于离子液体缓蚀剂的缓蚀性能大小顺序为B4MePyBF4ˉ>B4MePyBrˉ>B4MePyPF6ˉ。烷基链长对于离子液体缓蚀剂的缓蚀性能大小顺序为O4MePyBr>B4MePyBr。研究的四种离子液体缓蚀剂的缓蚀性能均优于传统的硫酸二甲酯吡啶季铵盐缓蚀剂。

作者：

高源

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关键词：

缓蚀剂离子液体 N80钢电化学方法量子化学计算

授予学位：

硕士

学科专业：

化学工程

导师：

薛娟琴、唐长斌

学位年度：

2020

学位授予单位：

西安建筑科技大学

语种：

中文

中图分类号：