硫代羰基咪唑作为有机缓蚀剂在碳钢上的抗腐蚀行为研究.pdf

宝鸡文理学院学报(自然科学版棭第43卷，第1期，第27-33,4 0页,023年3月Jo u r n a l o f Ba o ji Un iver sit y o f Ar t s a n d Sc ien c es(Na t u r a l Sc ien c e),Vo l：4 3,No：1,p p：27-33,4 0,Ma r：2023 DOI：10：134 67/j：c n ki：jbu n s.2023：01：005硫代羰基咪唑作为有机缓蚀剂在碳钢上的抗腐蚀行为研究灣徐 帆，李皓琳，王 莹，董 瑞，凡明锦灣(宝鸡文理学院化学化工学院，陕西省植物化学重点实验室，陕西宝鸡721013)摘 要摘 要：目的 目的 选取1,1 硫代羰基二咪唑为缓蚀剂，探究其在酸性介质中的耐腐蚀性能，为应对 碳钢在实际应用中出现的腐蚀情况提供理论依据暎暎方法 方法 向1 M HCl体系中加入不同浓度的缓蚀剂，采用失重实验、电化学实验、吸附等温方程、量子化学计算来分析缓蚀剂的抗腐蚀行为暎暎结果结果通过失 重实验发现，在298 K时，TCDM的最佳浓度为3 mg/mL；极化曲线和交流阻抗谱证明，向空白溶液中 加入缓蚀剂并不改变反应机理，只改变了反应速率；吸附等温方程表明，缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附 类型主要表现为混合型吸附暎暎结论 结论 1,1 硫代羰基二咪唑具有优异的缓蚀性能，在强酸性条件下的极 性吸附作用显著提升了缓蚀剂作用效果暎 暎关键词关键词:Q235钢；腐蚀；缓蚀剂；缓蚀机理中图分类号中图分类号：TG174.4 文献标志码文献标志码:A 文章编号文章编号：1007-1261(2023)01-0027-07Corrosion resistanc e of thioc arbonyl imid azole as an organic c orrosion inhibitor on c arbon steel XU Fa n,LI Ha o-l in,WANG Yin g,DONG Ru i,FAN Min g-jin*(Co l l eg e o f Ch emist r y a n d Ch emic a l En g in eer in g,Ba o ji Un iver st y o f Ar t s a n d Sc ien c es,Sh a a n xi Pr o vin c ia l Key La bo r a t o r y o f Ph yt o c h emist r y,Ba o ji 721013,Sh a a n xi,Ch in a)Abstrac t：PurposesTo p r o vid e a t h eo r et ic a l ba sis fo r d ea l in g wit h t h e c o r r o sio n o f c a r bo n st eel in p r a c t ic a l a p p l ic a t io n s by in vest ig a t in g t h e c o r r o sio n r esist a n c e o f 1,1 t h io c a r bo n yl d iimid a zo l e(wh ic h is u sed a s a c o r r o sio n in h ibit o r)in a c id ic med ia.Method sDiffer en t c o n c en t r a t io n s o f in h ibit o r s wa s a d d ed 1 M HCl,a n d t h eir c o r r o sio n r esist a n c e wer e a n a l yzed wit h weig h t l o ss exp e r imen t,el ec t r o c h emic a l exp er imen t,a d so r p t io n iso t h e r m eq u a t io n a n d q u a n t u m c h emic a l c a l c u l a t io n.Result It wa s fo u n d in t h e weig h t l o ss exp er imen t t h a t t h e o p t ima l c o n c en t r a t io n fo r TCDM wa s 3 mg/mL a t 298 K.Th e r esu l t s o f t h e p o l a r iza t io n c u r ve a n d EIS d emo n st r a t ed t h a t t h e a d d it io n o f c o r r o sio n in h ibit o r t o t h e bl a n k so l u t io n d id n o t c h a n g e t h e r ea c t io n mec h a n ism,bu t o n l y t h e r ea c t io n r a t e.Th e a dso r p t io n iso t h er m eq u a t io n in d ic a t es t h a t t h e a d so r p t io n t yp e o f c o r r o sio n in h ibit o r mo l ec u l es o n t h e c a r bo n st eel su r fa c e is ma in l y ma n ifest ed a s t h e mixed a d so r p t io n.Conc lusion1,t h io c a r bo n yl d iimid a zo l e h a s exc el l en t c o r r o sio n in h ibit io n effe c t,t h e p o l a r a d so r p t io n u n d er st r o n g a c id ic c o n d it io n s sig n ific a n t l y en h a n c e it s effec t o f c o r r o sio n in h ibit o r s.Keyword s：Q235 st eel；c o r r o sio n；c o r r o sio n in h ibit o r；in h ibit io n mec h a n ism金属腐蚀现象普遍存在于国民经济和国防建 界中最大浪费之一1。据统计，世界各国每年因设的各个领域，危害相当严重，腐蚀同时也是自然 金属腐蚀造成的经济损失占其国民生产总值的灣 收稿日期：2022-08-10,修回日期：2022-10-30：基金项目：宝鸡文理学院研究生创新科研项目(YJSCX22YB60)作者简介：徐 帆(2000-),女，陕西渭南人.Ema il：2286559220q q.c o m通讯作者：凡明锦1979-)，女，陕西汉中人，教授，博士，研究方向：新型绿色环保高性能润滑材料.Ema il：fa n min g jin bjwl xy：ed u：c n28宝鸡文理学院学报(自然科学版)2023 年1%5%,超过各项自然灾害损失的总和暎在金 属材料的应用中，碳钢因其具有高的强度和硬度、优异的导热性能、良好的导电性以及低成本等优 点，在石油化工和管道设备等领域得到了广泛的 应用。然而，碳钢在使用时，通常进行酸洗处理 钝化金属的表面，来提高碳钢的耐腐蚀性。高 浓度的酸洗溶液会加剧碳钢的腐蚀，造成巨大的 经济损失和环境破坏暎因此，开发在盐酸环境下 具有优异抗腐蚀性能的缓蚀剂具有重要的意义暎缓蚀剂是以适当的浓度和形式存在于环境 中，可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或复合 物，因此也可以称为腐蚀抑制剂暎缓蚀剂通常分 为有机缓蚀剂、无机缓蚀剂和生物缓蚀剂3类暎 有机缓蚀剂主要用于酸性介质体系，是含有N,S,O等杂原子的有机物5,有机物中杂原子的 孤对电子与金属的空d轨道进行相互作用，并通 过物理和化学吸附到金属表面堵塞腐蚀反应的活 性位点，从而形成一层保护薄膜，抵挡腐蚀介质对 金属的腐蚀暎包括噻唑衍生物、吲唑衍生物、咪唑衍生物9、喹咻衍生物10等有机物暎无机 缓蚀剂多用于中性或偏碱性介质体系，主要通过 使金属表面钝化或在金属表面形成沉积膜起缓蚀 作用暎包括钼酸盐11、铬酸盐12、硝酸盐等一 些无机物暎生物缓蚀剂通常是药物、植物提取物 和生物酶等，这些物质毒性低、生物相容性好，是 一类环境友好型的缓蚀剂，其缺点是提取复杂，成 本较高暎因此，基于碳钢酸洗所产生的腐蚀情况,在实际中选取有机缓蚀剂较为合理暎有机缓蚀剂分子中的离域毿电子系统倾向于 将水分子从金属表面移开并形成保护层，从而将 金属与腐蚀介质隔离，表现出优异的防腐性 能1417 暎近年来，相关的研究也取得了较大的进 展暎LIKHANOVA et a l18合成了 2种阳离子为 不同烷基链长的缓蚀剂，并对其在硫酸介质中 X60钢上的腐蚀情况进行了研究暎结果表明，合 成的2种缓蚀剂在较小的浓度下具有较高的缓蚀 率暎同时，当阳离子的碳链由68个碳原子组成 时，可以吸附在金属表面的阴极部分，覆盖足够的 空间，并从金属表面去除水分子，从而提高缓蚀效 率暎同时他们也制备了 3种阳离子均为季铵盐但 阴离子结构不同的缓蚀剂，探究了这3种缓蚀剂 在硫酸体系中X52钢上的腐蚀情况暎结果表明,离子液体中阴离子的化学结构对抑制金属的腐蚀 起着决定性的作用暎同时，缓蚀剂分子结构中的 季铵盐阳离子主要是通过静电引力与吸附在钢表 面的硫酸盐离子发生相互作用19。KANNAN et a l0依据路易斯酸概念设计制备了非杂环基 缓蚀剂。结果表明，在1M HCl中缓蚀剂为1.3 mM时碳钢表面的缓蚀效率达到了 96%暎这主 要是由于缓蚀剂在金属表面生成钝化膜，从而将 金属与腐蚀性离子相互隔离，从而进一步防止侵 蚀性离子对基底的腐蚀暎因此，当缓蚀剂注入1 M HCl腐蚀介质时，可以避免金属的溶解暎本研究以1,1 硫代羰基二咪唑(TCDM)为 实验对象，使用核磁共振波谱技术确定其结构，通 过失重实验、极化曲线、交流阻抗探究其在碳钢表 面的缓蚀行为，使用量子化学计算得到的相关参 数来判断腐蚀反应发生的活性位点以及缓蚀剂分 子的最优构型暎1实验部分实验部分1.1 试剂与仪器实验所用的1,1 硫代羰基二咪唑(纯度 95%)采购于阿拉丁试剂有限公司，其结构如图1 所示，核磁共振波谱图如图2所示暎N N 儿 儿 N N /图1 TCDM的结构式Fig.1 Struc ture of TCDM1.2 失重实验采用1 c m X 1 c mX 0.3 c m的Q235钢，测试 前用16.9毺m的砂纸抛光Q235钢表面，测量3 次Q235钢的几何尺寸，求取平均值暎将抛光后 的钢依次浸入到丙酮、乙醇中，超声5 min后取 出，吹干，用万分之一电子天平称重3次取平均 值，记为0。将钢块放入不同浓度的缓蚀剂溶液 中，再转移至烘箱中，设置温度暎放置6 h后取出 钢块，用去离子水冲洗钢块表面，再依次浸入到丙 酮、乙醇中超声5 min后取出、吹干，称重3次取 平均值，记为恥。腐蚀速率S缓蚀效率覆盖率 e计算公式如下：1)=W0St St，(1)10q=11 X 100%,(2)t 00=10,(3)其中，S为钢块的表面积,为钢块在溶液中的浸 泡时间(6 h),0和11分别为未添加和添加缓蚀第1期徐帆等硫代羰基咪唑作为有机缓蚀剂在碳钢上的抗腐蚀行为研究29剂的溶液中钢块的腐蚀速率（g/（m2*h）。00CMrrJ1丿11JJLf丿rT00&52rT7lu1f,r8.20 8.10 8.00