CTAB溶液中铁极化曲线的测定

张东晋川

(南昌航空大学 环境与化学系, 南昌 330034)

CTAB溶液中铁极化曲线的测定

张东晋川

(南昌航空大学 环境与化学系, 南昌 330034)

碳钢极化曲线的测定对实际应用有着重要的指导意义。实验采用恒电位法测定碳钢电极在十六烷基三甲溴化胺(CTAB)的碳酸铵溶液中的阳极极化曲线，研究表面活性剂浓度对碳钢电极缓蚀效应的影响。实验结果表明，CTAB表面活性剂的加入对碳钢电极有较好的缓蚀作用，可以减小极化曲线的峰值电流；表面活性剂在一定浓度，其缓蚀作用越强，峰值电流越小。

阳极极化；十六烷基三甲溴化胺；钝化；缓蚀剂

金属腐蚀不仅使大量金属材料及设备损坏而报废，而且会污染土壤和水源造成环境安全问题。如何有效减缓或者防止金属腐蚀，提高金属的防护效率和改善生产环境有重要意义[1-2]。目前，减缓或者防止金属腐蚀的措施很多，加入缓蚀剂是其中的有效手段之一。十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)是阳离子表面活性剂，其独特的分子结构而得到广泛应用。

本文以CTAB为例[3]，研究碳钢在饱和碳酸铵溶液中的阳极过程，腐蚀速度可用阳极极化曲线峰值电流来描述。当体系中加入不同浓度的CTAB后，峰值电流有明显的变化。因此，采用阳极极化曲线峰值电流可直观反映测定体系，并可由峰值电流快速、简便地求出相对应的缓蚀效率。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

实验所用的试剂为十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、无水乙醇和碳酸铵；实验所用的水溶液为三次蒸馏水；实验所用的仪器为恒电位仪。

1.2 实验方法

极化曲线的测定[4]：实验采用三电极体系，研究电极为普通碳钢电极，表面积1 cm2，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极。相对缓蚀效率由式(1)计算：

(1)

式中，i0为未加缓蚀剂时的峰值电流；ic为加缓蚀剂时的峰值电流。

2 结果与讨论

2.1 实验原理

将碳钢电极浸在电解液中，在金属与溶液之间就会形成电位，这种电位被称为金属在该溶液中的电极电位。当有外加电流通过此电极电位时，其电极电位会发生变化。电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象被称为电极的极化。

描述电流密度与电极电势之间的关系曲线被称作极化曲线。

金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如式(2)所示：

M→Mn++ne

(2)

阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，当阳极电势正到某一数值时，其溶解速率达到最大值，此后，阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低。这种现象称为金属的钝化现象[4]。图1是典型金属阳极化曲线，其中，A-B是活性溶解区，B是临界钝化点，B-C是过渡钝化区，C-D是稳定钝化区，D-E是超钝化区。CTAB就是在一定条件下，能通过其作用(降低B点电流，扩大钝化区)在金属表面形成一层致密氧化膜(钝化膜)，以增强金属的防腐能力的化学药剂[5]。

图1 典型金属阳极化曲线

2.2 碳钢在2 mol/L(NH)4CO3溶液中的阳极极化曲线

图2为碳钢在室温下,在2 mol/L(NH)4CO3溶液中测得的阳极极化曲线。

图2 碳钢在2 mol/L(NH)4CO3溶液中的阳极极化曲线

其曲线分为四个不同的区域[6]：从扫描起始电位-0.801 V开始至-0.641 V，铁电极处于活性溶解区, 腐蚀电流密度(以绝对值表示) 随电位的升高而迅速增大；当电位达到-0.641 V，电流达到最大值7.75 mA；在-0.501～0.979 V，电极进入稳定钝化状态；当电位高于0.979 V时，电极进入超钝化区。

2.3 加入不同浓度CTAB对碳钢电极的缓蚀作用

将CTAB配制成不同比例的溶液分别加入2 mol/L(NH)4CO3溶液中，测定其阳极极化曲线，求出腐蚀电流和缓蚀效率。极化曲线如图3所示，实验结果见表1。

图3 加入1.0(mmol·L-1)CTAB缓蚀剂极化曲线

CTAB/(mmol·L-1)(NH)4CO3/(mol·L-1)最大电流值/mA钝化区/V缓蚀率/027 75-0 501～0 97900 227 63-0 476～0 9841 550 527 60-0 482～0 9981 941 026 05-0 482～0 99921 941 527 49-0 480～0 9803 351 827 51-0 477～0 9793 072 027 71-0 462～0 9780 52

阳离子表面活性剂CTAB的加入降低了碳钢电极的峰值电流，且缓蚀效率随着表面活性剂浓度的增加而增加；当表面活性剂增加到一定浓度时，缓蚀效率达到最大，随后缓蚀效率随缓蚀剂的加入量增加而逐渐减少。CTAB缓蚀剂加入前后，钝化区发生了一定变化。CTAB在碳钢电极上的吸附属于物理型吸附，且原子N都含有未共用电子对，可以与缓蚀介质中的氢离子或其他阳离子形成鎓离子。例如，C12H25N+(CH3)3Br-+H=C12H25N+(CH3)Br-H+，这个带正电荷的鎓离子将吸附到金属表面的阴极区，使阴极区带有正的过剩电荷。碳酸铵溶液中的氢离子就不容易再接近阴极区，因而提高了氢离子在阴极区的反应过电位，降低了腐蚀速度。从鎓离子在阴极区的吸附可以看出，由于鎓离子带正电荷，故阴极区带负电荷时，吸附效果最好。当缓蚀剂加入量增加到一定量时，阳离子达到饱和，这时缓蚀效果最好，但继续加入缓蚀剂反而会破坏这种平衡，从而缓蚀率降低[7-8]。

3 结束语

本实验考察了CTAB表面活性剂在碳酸铵溶液中对碳钢电极的缓蚀效果。结果发现，CTAB表面活性剂的加入会降低极化曲线的峰值电流，起到一定的防止电极腐蚀的作用，并且腐蚀效率会随着表面活性剂浓度的增加而变化，当表面活性CTAB增加到一定浓度时其缓蚀效率最高。表面活性剂作为缓蚀剂是通过吸附作用吸附在金属表面，改变金属表面性质从而达到缓蚀的目的。

[1]高颖，邬冰. 电化学基础[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 杨文治. 电化学基础 [M].北京：北京大学出版社，1982.

[3]吴振玉．Gemimi表面活性剂在酸性溶液中对金属的缓蚀性能研究[D].长沙：中南大学,2011.

[4]傅贤彩，沈文霞，姚天杨，等.物理化学(下册)[M]. 北京：高等教育出版社，2006：119-122.

[5] 吴辉煌. 电极电位的若干现行概念[J]. 化学通报，1990(3)：52.

[6]张鹏辉, 杨仕豪, 莫丽儿. 铁和碳钢在浓碱溶液中的阳极极化曲线[J].广州化工，2007，35(5)：43-45.

[7]张晓冉，王伟，郝艳玲，等.表面活性剂溶液中铁极化曲线的测[J].聊城大学学报，2013，26(3):49-52.

[8]赵建国，彭玉苓.有机缓蚀剂的表面活性对金属吸附与腐蚀行为的影响[J]．腐蚀科学与防护技术，2008(5)：353-357.

Research on the Polarization Curves of Iron Electrode in CTAB

ZHANG Dongjinchuan

(Department of Environment and Chemistry, Nanchang Aviation University，Nanchang 330034, China)

Carbon steel of polarization curve measurement has important guiding significance for practical application. This experiment adopts the carbon electrode to determine the anode polarization curve by potentiostatic method in the ammonium carbonate solution of CTAB, in order to study the effect of surfactant concentration on the corrosion of carbon steel electrode. The influence of the experimental results shows that the addition of CTAB surfactant for carbon steel electrode has better corrosion effect, can reduce the peak current of polarization curve. While adding a certain concentration of surfactants, the stronger the corrosion inhibition, the smaller the peak current.

anodic polarization；CTAB；passivation；corrosion inhibitor

2014-06-29；修改日期: 2014-08-19

张东晋川(1994-)，男，本科在读，专业方向：应用化学专业。

TG142.31；TG174

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.070