鄭紅艾,沈莉莉

(上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院,上海 20009)

銅及其合金由于具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性,已被廣泛應(yīng)用于加熱及冷卻系統(tǒng)中.此外,銅在酸性含氧介質(zhì)中的腐蝕現(xiàn)象也日益受到關(guān)注.苯并三氮唑(BTA)是銅及其合金的特效緩蝕劑,其最佳作用范圍是在中性和堿性環(huán)境中,而在酸性介質(zhì)中其緩蝕效果會急劇下降.氨基酸類化合物具有無毒、易降解的特點,已成為緩蝕劑研究中逐步受到關(guān)注的領(lǐng)域［1-5］.上海電力學(xué)院氨基酸類緩蝕劑研究課題組在前期實驗中,已經(jīng)證實在酸性介質(zhì)中堿酸性氨基酸對銅的緩蝕效果較好.本實驗選用原材料來源豐富、成本低的堿性組氨酸為研究對象,采用電化學(xué)極化曲線、電化學(xué)阻抗譜等研究方法繼續(xù)考察組氨酸及其與抗壞血酸復(fù)配在酸性介質(zhì)中的緩蝕作用規(guī)律,并探討其作用機理.

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

實驗所用的藥品均為 AR,所選用的組氨酸和抗壞血酸結(jié)構(gòu)式如下:

(1)組氨酸結(jié)構(gòu)式 其結(jié)構(gòu)形式為:

(2)抗壞血酸結(jié)構(gòu)式 其結(jié)構(gòu)形式為:

1.2 實驗儀器及方法

本實驗采用儀器為 CHI660C電化學(xué)工作站.交流阻抗的測試頻率在 0.05～100 kHz,激勵信號峰值為 5mV.極化曲線法掃描的初終電位分別為 -0.4 V和 0.2 V,掃描速率為 2mV/s.電化學(xué)實驗采用三電極體系,工作電極為純銅材質(zhì)電極,參比電極為飽和甘汞電極,輔助電極為鉑電極.銅電極用環(huán)氧樹脂密封制成,電極表面積為 0.4 cm2(8mm×5mm),測量前用金相砂紙逐級打磨拋光,使金屬表面呈現(xiàn)出均勻的金屬光澤,然后用脫脂棉蘸無水酒精、丙酮除油,最后用去離子水沖洗干凈后放入電解池中.交流阻抗和極化曲線的測量均是在銅電極浸入含各種濃度緩蝕劑的模擬鹽酸溶液中 1 h后進行的.

2 結(jié)果與討論

2.1 極化曲線實驗

為了考察組氨酸濃度對銅電極緩蝕效果的影響,在本次實驗中先將銅電極分別浸泡在 10-5～10-3mol/L組氨酸溶液中 1 h,通過極化曲線實驗考察組氨酸濃度對銅電極的影響規(guī)律,如圖 1所示.實驗中,空白表示溫度為 20℃時 0.25mol/L的 HCl溶液.

圖1 銅電極在各濃度組氨酸溶液中浸泡 1 h的極化曲線

由圖 1可知,銅電極在濃度為 0～10-3mol/L的組氨酸的 HCl溶液中浸泡 1 h后的自腐蝕電流分別為 5.194 e-007A/cm2,5.010 e-007A/cm2,4.874 e-007A/cm2,4.548 e-007A/cm2,4.409 e-007A/cm2,4.232 e-007A/cm2,可見各濃度組氨酸對銅電極都具有一定的緩蝕效果,且組氨酸濃度越大,緩蝕效果越顯著.組氨酸對銅電極腐蝕的陰極反應(yīng)有明顯的抑制作用,對陽極反應(yīng)作用不明顯.

在復(fù)配實驗中,選用緩蝕效果最好的組氨酸(其濃度為 10-3mol/L)與不同濃度的抗壞血酸進行復(fù)配.圖 2為銅電極分別在 10-3mol/L組氨酸、抗壞血酸與組氨酸復(fù)配溶液中浸泡 1 h的極化曲線.

從圖 2可以看出,組氨酸溶液中加入不同濃度的抗壞血酸進行復(fù)配,銅電極在 10-3mol/L組氨酸、抗壞血酸和各濃度組氨酸復(fù)配溶液中的自腐蝕電流分別為 4.232 e-007A/cm2,4.317 e-007A/cm2,3.986 e-007A/cm2,3.440 e-007A/cm2,3.040 e-007A/cm2,復(fù)配溶液緩蝕效果明顯好于單獨的氨基酸和抗壞血酸的緩蝕效果,且緩蝕效果隨抗壞血酸濃度的增大而顯著.

圖2 銅電極在組氨酸及組氨酸與抗壞血酸復(fù)配溶液中浸泡 1h的極化曲線

2.2 交流阻抗實驗

圖3為銅電極在各濃度組氨酸溶液中浸泡 1 h的 Nyqulst曲線.圖 4為銅電極在 10-3mol/L組氨酸、抗壞血酸及各濃度組氨酸復(fù)配溶液中浸泡1 h的 Nyqulst曲線的比較.

圖3 銅電極在含組氨酸的 HCl溶液中浸泡 1 h的 Nyqulst曲線

圖4 銅電極在 10-3 mol/L組氨酸及組氨酸與抗壞血酸復(fù)配溶液中浸泡 1 h的 Nyqulst曲線

圖3和圖 4中各阻抗譜線均呈一弧形,按︱Z︱=(Z′2+Z″2),可計算出該銅電極的阻抗模值 Z越大,耐蝕效果越好.而未添加組氨酸時,Nyquist圖中相應(yīng)的弦長最短,Z最小.隨著組氨酸濃度的增大,Nyquist圖中相應(yīng)的弦長增大,緩蝕效果增強.在復(fù)配實驗中,Z值隨抗壞血酸濃度的增加而逐漸增大,銅電極的耐蝕性也逐漸提高.

由于組氨酸的側(cè)鏈有一個咪唑環(huán),含有較多的親水性的極性基 -NH2,這種極性基團的中心原子 N含有獨對電子,它與金屬的電子空軌道進行配位結(jié)合,與金屬銅表面有一定吸附作用,容易在金屬表面形成膜,使得酸性腐蝕介質(zhì)與金屬銅表面隔開,起到保護金屬的作用.同時,抗壞血酸是一種除氧劑,能和金屬發(fā)生鈍化反應(yīng),可在金屬表面形成薄的致密的保護性氧化物層,抑制金屬腐蝕.組氨酸和抗壞血酸復(fù)配的緩蝕效果均好于兩種物質(zhì)單獨使用時的緩蝕效果.

3 結(jié) 論

(1)組氨酸和抗壞血酸單獨使用對銅電極均有一定的緩蝕效應(yīng),緩蝕效果隨其濃度的增加逐漸增強;

(2)各種濃度的組氨酸及其與抗壞血酸復(fù)配溶液對銅電極腐蝕的陰極反應(yīng)都有抑制作用;

(3)各濃度復(fù)配溶液的緩蝕效果比單獨的組氨酸緩蝕效果好,且隨著復(fù)配溶液濃度增加,緩蝕效果增強.

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