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第 5 期                    董秋辰,等:  一种新型联吡啶双子季铵盐的合成及缓蚀性能                                   ·1007·


                                        0
                         /%      i 0  i   corr   corr  / i corr   100    (3)   2.1.2    温度对缓蚀率的影响
                                                                   在 1 mol/L 盐酸中,添加不同质量浓度 PBA 条
                         /%      R   R ct 0   ct  / R   ct  100    (4)   件下,Q235 钢的缓蚀率与温度的关系见图 2。升高

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            式中: i  corr  和 i corr 分别为未添加和添加 PBA 后的腐            温度会使 PBA 的缓蚀率有所下降,表明高温使钢表
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                                  0
            蚀电流密度,μA/cm ;R ct和 R ct 分别为未添加和添加                  面的缓蚀剂分子部分脱落,从而增大钢表面与酸液
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            PBA 后的电荷转移电阻,Ω·cm 。                                的接触面积,加快腐蚀速率,导致缓蚀率降低。但
            1.5    AFM 测试                                      是,缓蚀率随温度的升高降低不明显,表明 PBA 分
                 在 30 ℃下,将处理好的 Q235 钢片在含或不含                    子在高温下仍能与钢表面牢固吸附,这也证实了在
            PBA 的 1 mol/L 盐酸中浸泡 1 h 后,使用 AFM 观察                缓蚀剂结构中合理引入苯环可有效阻碍金属腐蚀,
            其表面形貌。AFM 测试的扫描速率为 2  Hz,使用                        且高温下也能在金属表面吸附良好。
            Si 探针以轻敲模式扫描,测量钢片表面形貌图。
            1.6    量子化学计算
                 采用密度泛函理论(DFT),使用 Material studio
            2017 软件包中的 DMol3 模块进行量子化学计算,运
            用 GGA/BLYP 方法     [11] ,在 DND 基组水平上对 PBA
            分子做几何全优化运算及频率分析,表明该结构能
            量为势能面上极小点。并在相同基组水平上计算了
            PBA 分子的前线轨道分布,用于研究分子结构与缓
            蚀性能间的联系。


            2   结果与讨论                                          图 2    不同 PBA 质量浓度下 Q235 钢缓蚀效率与温度的关系
                                                               Fig.  2    Relationship  between  inhibition  efficiency  and
                                                                      temperature at different PBAmass concentrations
            2.1    静态失重实验
            2.1.1    PBA 质量浓度对缓蚀率的影响                           2.2   电化学测试
                 在 1  mol/L 盐酸中,分别添加不同质量浓度的                    2.2.1    交流阻抗谱测试
            PBA,在 30 ℃下腐蚀 4 h 后,腐蚀速率和缓蚀率如                          图 3 为 30 ℃下,Q235 钢在含不同质量浓度 PBA
            图 1 所示。                                            的 1 mol/L 盐酸溶液中的 Nyquist 图和等效电路图。
                                                               使用 ZSimpWin 软件拟合阻抗参数,并列于表 1。
















             图 1    不同 PBA 质量浓度下 Q235 钢的腐蚀速率和缓蚀率

            Fig.  1    Corrosion  rate  and  inhibition  efficiency  of  Q235   图 3    Q235 钢在不同质量浓度 PBA 溶液中的交流阻抗谱
                   carbon steel at different PBA concentrations
                                                                    及等效电路
                 由图 1 可知,随着 PBA 质量浓度的增加,Q235                   Fig. 3    Nyquist plots and equivalent circuit model of Q235
                                                                     carbon steel in various PBA solutions
            钢的腐蚀速率显著降低,对应的缓蚀率明显增强。
            在 30 ℃下,当 PBA 质量浓度为 80  mg/L 时,缓蚀                      由图 3 及表 1 可见,与空白组对比,随着 PBA
            率可达 96.53%。这主要由于,随着缓蚀剂浓度的增                         质量浓度的增加,容抗弧直径显著扩大,电荷转移
            加,其在碳钢表面的吸附量和覆盖率逐渐增加,从                             电阻(R ct )逐渐增加,暗示了 PBA 保护膜的厚度增
            而通过缓蚀剂吸附层有效地将钢片与酸液分隔开,                             加,使得 Q235 钢在 1 mol/L 盐酸中的腐蚀被有效抑
            使缓蚀率增加。                                            制。双电层电容(C dl )随 PBA 质量浓度的增加而减
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