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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·
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/% 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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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