王永

【摘 要】合成了鄰香草醛縮氨基硫脲席夫堿并采用電化學(xué)方法研究了其在硫酸溶液中對(duì)碳鋼的緩蝕性能。結(jié)果表明，OVT對(duì)碳鋼有良好的緩蝕作用。298 K條件下，OVT濃度達(dá)到300×10-6mol/L時(shí)，緩蝕效率達(dá)到93.1%。OVT是一種以抑制陰極反應(yīng)為主的混合型緩蝕劑。

【關(guān)鍵詞】席夫堿;碳鋼;緩蝕劑

中圖分類號(hào)： TG174.42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）21-0222-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.103

0 引言

碳鋼在電力和石化工業(yè)中被廣泛用作結(jié)構(gòu)材料。然而，在工業(yè)清洗和油井酸化等過(guò)程時(shí)，碳鋼很容易溶解在酸溶液中[1]，造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失，并危及人身安全。為了防止酸腐蝕，人們采取了許多方法，包括有機(jī)涂層[2]、緩蝕劑[3]及陰極保護(hù)[4]等。其中，使用緩蝕劑是一種非常有效、經(jīng)濟(jì)的方法。研究表明，那些含有N，O，P，S和芳香環(huán)環(huán)或極性官能團(tuán)的分子結(jié)構(gòu)，具有較好的緩蝕效果。因?yàn)檫@些化合物具有活性吸附中心，能夠通過(guò)電荷共享或轉(zhuǎn)移吸附到碳鋼表面上形成穩(wěn)定的鍵[5]，從而降低碳鋼腐蝕的腐蝕速率。席夫堿類化合物由于具有上述分子特征而有望成為性能良好的緩蝕劑。本文合成了鄰香草醛縮氨基硫脲（OVT）席夫堿，并用失重法、動(dòng)電位極化法和電化學(xué)阻抗譜（EIS）研究了它對(duì)Q235碳鋼在0.5mol/L硫酸溶液中的緩蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

OVT通過(guò)鄰香草醛與氨基硫脲的縮合反應(yīng)合成[6]。

電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，在電化學(xué)工作站上進(jìn)行。分別鉑片電極和飽和甘汞電極作為輔助電極和參比電極。Q235碳鋼電極（裸露面積為0.50cm2）作為工作電極。測(cè)試前，對(duì)碳鋼電極打磨拋光，丙酮擦洗，然后用蒸餾水清洗。所有的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，工作電極必須在腐蝕溶液中浸泡1h，以達(dá)到穩(wěn)定的開(kāi)路電位（EOCP）。動(dòng)電位極化曲線設(shè)置范圍：EOCP±250mV，掃描速率為1mV/s。電化學(xué)阻抗測(cè)試的頻率范圍為0.01Hz～100kHz，電位為EOCP，交流電幅值為5mV，阻抗數(shù)據(jù)通過(guò)Zview軟件分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 EIS測(cè)試結(jié)果

圖1是碳鋼在0.5mol/L硫酸溶液中的Nyquist圖線?？梢钥闯?，容抗弧是一個(gè)不完美半圓，這種現(xiàn)象通常被認(rèn)為是由于電極表面的粗糙度以及不均一性導(dǎo)致彌散的結(jié)果。同時(shí)說(shuō)明碳鋼的腐蝕受到電荷轉(zhuǎn)移的控制。隨著OVT濃度的增加，高頻容抗弧的直徑顯著提高，而低頻感抗弧逐漸消失，這種現(xiàn)象被認(rèn)為是在阻抗譜一種“退化”現(xiàn)象，除此之外，該圖并沒(méi)有其他變化，這表明緩蝕劑的存在對(duì)腐蝕機(jī)理的影響比不大。在低頻感抗弧可能歸因于在松散過(guò)程中SO42-和H+在電極表面上的吸附或在表面重新溶解。

圖2為碳鋼在H2SO4溶液中的等效電路圖，其中Rs為溶液電阻，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，CPE是常相位元件，反應(yīng)緩蝕劑分子在電極表面的吸附特性。根據(jù)η%=（1-Rct，0/Rct）×100%計(jì)算緩蝕效率η。從表1可以看出，Rct的值隨著緩蝕劑濃度C的不斷增加，其值由17.4Ωcm2增加到271Ωcm2，表明緩蝕劑分子形成一層吸附層，抑制有效抑制了碳鋼在硫酸中的腐蝕。在OVT濃度為300×10-6mol/L時(shí)，其緩蝕效率值達(dá)到93.1%。

2.2 動(dòng)電位極化曲線測(cè)試結(jié)果

圖3為298K時(shí)，添加不同濃度OVT的0.5mol/L H2SO4溶液中碳鋼的極化曲線。表2是應(yīng)用Tafel曲線外推法得到的各動(dòng)力學(xué)參數(shù)及計(jì)算所得的緩蝕效率η。其中，計(jì)算緩蝕效率的公式為：η%=（1-i0corr/icorr）×100%，其中，icorr和i0corr分別為添加和未添加緩蝕劑溶液的電流密度。

很明顯，隨著OVT濃度的增加，碳鋼的陽(yáng)極和陰極腐蝕電流密度均逐漸減小，表明陽(yáng)極和陰極反應(yīng)均受到抑制，這通常是由于這些緩蝕劑在表面活性位點(diǎn)的覆蓋所致。濃度為300×10-6mol/L時(shí)，緩蝕效率達(dá)到90.5%。與空白溶液相比，自腐蝕電位Ecorr負(fù)移，而且隨著OVT濃度的增大，電位負(fù)移的幅度也增加，但是最大位移不超過(guò)85 mV，由此可以判斷，OVT為以抑制陰極反應(yīng)為主的混合型緩蝕劑。在各濃度的緩蝕劑溶液中，陽(yáng)極斜率βc的絕對(duì)值都比陰極斜率βa大一些，進(jìn)一步證實(shí)了OVT主要是抑制陰極腐蝕反應(yīng)。值得注意的是，陰極斜率βc值隨緩蝕劑濃度的變化不大，說(shuō)明陰極析氫過(guò)程受活化控制，緩蝕劑的加入并沒(méi)有改變其機(jī)理。換言之，這些抑制劑通過(guò)占據(jù)碳鋼表面的活性反應(yīng)點(diǎn)來(lái)延緩陰極反應(yīng)。然而，βa值的變化更為明顯，表明由于分子結(jié)構(gòu)中存在長(zhǎng)電子對(duì)，這些抑制劑可以通過(guò)形成Fe（II）-緩蝕劑復(fù)合物來(lái)影響鐵的溶解動(dòng)力學(xué)過(guò)程。由動(dòng)電位極化曲線法測(cè)試得到的緩蝕效率變化趨勢(shì)與EIS試驗(yàn)結(jié)果相一致。

3 結(jié)論

采用電化學(xué)阻抗譜和動(dòng)電位極化曲線研究了緩蝕劑OVT在0.5mol/L硫酸溶液中對(duì)碳鋼的緩蝕行為。結(jié)果表明，在298K條件下，OVT具有好的緩蝕效果，而且緩蝕效率隨著緩蝕劑濃度的增高而增加，在OVT濃度為300×10-6mol/L時(shí)，其緩蝕效率值達(dá)到93.1%。極化曲線表明OVT是一以抑制陰極反應(yīng)為主混合型緩蝕劑，OVT的加入沒(méi)有改變碳鋼的在硫酸中的腐蝕機(jī)理。

【參考文獻(xiàn)】

[1]M. Karimi， M.M. Shirazi， S. Ayatollahi，Investigating the effects of rock and fluid properties in Iranian carbonate matrix acidizing during pre-flush stage[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2018， 166：121-130.

[2]A. Mahmoodi， M. Ebrahimi， Role of a hybrid dye-clay nano-pigment （DCNP） on corrosion resistance of epoxy coatings[J]. Prog. Org. Coat.， 2018， 114：223-232.

[3]Y. Chen， Y.Y. Jiang， Z.Y. Ye， Z. Zhang， Adsorption dynamics of benzotriazole on copper in chloride solution[J]. Corrosion， 2013， 69：886-892.

[4]X. Chen， X.G. Li， C.W. Du， Y.F. Cheng， Effect of cathodic protection on corrosion pipeline steel under disbanded coating[J]. Corros. Sci.， 2009， 51：2242-2245.

[5]G. Moretti， F. Guidi， F. Fabris， Corrosion inhibition of the mild steel in 0.5 M HCl by 2-butyl-hexahydropyrrolo[1，2-b][1，2]oxazole[J]. Corros. Sci.， 2013， 76：206-218.

[6]M. Khandani， T. Sedaghat， N. Erfani， M.R. Haghshenas， H.R. Khavasi， Synthesis， spectroscopic characterization， structural studies and antibacterial and anti tumor activities of diorganotin complexes with 3-methoxysalicylaldehyde thiosemicarbazone[J]. J. Mol. Struct.， 2013， 1037：136-143.