Page 239 - 201905

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

0
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
2
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
2
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