Page 167 - 《精细化工》2019年第11期

第 11 期 张 宇，等: 耐高温抗 H 2 S/CO 2 缓蚀剂的合成及评价 ·2315·

2.6 接触角分析 由图 11 看出，缓蚀剂 BHC 的 Langmuir 吸附曲
一般而言，缓蚀剂抑制腐蚀的能力与缓蚀剂吸 线相关系数为 0.9989，说明 BHC 缓蚀剂在 P110 钢
附在金属上形成的吸附膜的亲疏水性有关，吸附膜 表面呈单分子吸附层吸附。
的疏水性越强，缓蚀剂的抑制腐蚀效果越好 [17] 。缓
蚀剂膜的疏水性能可以通过测量水接触角表示 [18] 。 表 4 BHC 质量浓度与腐蚀速率的关系
Table 4 Relationship between BHC concentration and
按照 1.3.5 节方法测定缓蚀剂在 P110 钢上形成吸附 corrosion rate
膜的接触角，结果见表 3。 腐蚀速率 缓蚀率
温度/℃ 时间/h ρ/(mg/L) /(mm/a) (η)/% ρ/η
表 3 P110 钢 BHC 缓蚀剂水接触角 140 5 0 0.2973 — —
Table 3 Water contact angle of P110 steel after soaking
with corrosion inhibitor 20 0.0393 86.75 23.1
40 0.0353 88.14 45.4
介质 左接触角/(°) 右接触角/(°) 平均值/(°)
60 0.0302 89.83 66.8
去离子水 14.7 14.7 14.7
80 0.0208 93.01 86.1
HTCOS 52.9 49.8 51.4
100 0.0176 94.07 106.3
BHC 95.5 95.5 95.5
注：—代表无数据。

由表 3 可知，P110 钢在去离子水、HTCOS、 –3
BHC 缓蚀剂的 1/K = 3.41×10 L/kg，即 K =
BHC 溶液中的接触角分别为 14.7°、51.4°和 95.5°。 2
2.9×10 kg/L，根据吉布斯自由能计算式：
与蒸馏水接触角 14.7°相比，P110 钢表面经 HTCOS
 G － RlnT K ( 4 )
处理后接触角升高至 51.4°，P110 钢表面经 BHC 处
理后接触角增至 95.5°。这是由于 BHC 分子含有苯 式中：ΔG—吉布斯自由能，kJ/mol；R—气体常数，
环和烷烃等疏水基团，增强了吸附膜的疏水性，从 8.314 J/(mol·K)；T—绝对温度，K。
而有助于抑制腐蚀。 由于 BHC 缓蚀剂的 ΔG = –41.37 kJ/mol<0，可
2.7 等温吸附行为考察 知缓蚀剂在 P110 钢表面的吸附是自发进行；而当
根据 Bouklah M 和 Abboud 观点 [19-20] ，将浓度、 ΔG<–40 kJ/mol 时，缓蚀剂在金属表面发生化学吸
表面覆盖率和吸附平衡常数带入 Langmuir 吸附等 附，缓蚀剂分子与钢表面形成了稳定的共价键，缓
温式： 蚀剂分子膜将腐蚀介质与钢表面隔绝，因此，缓蚀
 剂在高温条件下仍具有很好的缓蚀作用。
K  (3) 2.8 极化曲线测定
1 
式中：K—Langmuir 吸附平衡常数；ρ—缓蚀剂质量 采用动电位极化测试可获取 P110 钢腐蚀过程
中阳极和阴极反应动力学信息，从而研究 BHC 的
浓度，mg/L；θ—缓蚀剂在钢表面的覆盖度。
腐蚀抑制机理。缓蚀剂的种类可以根据 Tafel 曲线的
如果满足公式（3），则说明该类缓蚀剂的吸附
腐蚀电位（E corr ）变化来确定，若在不含和含有缓
类型为 Langmuir 吸附。由于缓蚀剂为表面覆盖型
蚀剂时，腐蚀电位 E corr 值在阳极或阴极方向上变化
缓蚀剂，缓蚀剂的表面覆盖度 θ 可近似采用缓蚀率
超过 85 mV，则缓蚀剂可分别被认为是阳极或阴极
η 替代，数据见表 4，作 ρ/η 与 ρ 关系图，结果见
缓蚀剂 [21] 。变化小于 85 mV，缓蚀剂被认为是混合
图 11。
缓蚀剂。
P110 钢片在不同浓度 BHC 缓蚀剂中的极化曲
线见图 12，Tafel 拟合曲线参数见表 5。
由图 12 可知，当溶液中添加 BHC 缓蚀剂时，
腐蚀电位降低。随着溶液中 BHC 浓度的增加，阴极
处的极化电流密度下降。主要是由于 BHC 缓蚀剂吸
附在 P110 钢表面上形成保护膜，降低了电化学腐蚀
反应速率。
由表 5 可知，当溶液中不含 BHC 时，腐蚀电流
2
为 157.5 µA/cm ，随着溶液中 BHC 缓蚀剂浓度增加，

图 11 缓蚀剂 BHC 吸附等温线 腐蚀电流明显减小。当溶液中 BHC 质量浓度为
2
Fig. 11 Adsorption isotherm of corrosion inhibitor BHC 100 mg/L 时，腐蚀电流为 12.76 µA/cm ，缓蚀率为