一种碳钢酸洗缓蚀剂的制备及性能评价

王永

【摘 要】合成了邻香草醛缩氨基硫脲席夫碱并采用电化学方法研究了其在硫酸溶液中对碳钢的缓蚀性能。结果表明，OVT对碳钢有良好的缓蚀作用。298 K条件下，OVT浓度达到300×10-6mol/L时，缓蚀效率达到93.1%。OVT是一种以抑制阴极反应为主的混合型缓蚀剂。

【关键词】席夫碱;碳钢;缓蚀剂

中图分类号： TG174.42文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）21-0222-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.103

0 引言

碳钢在电力和石化工业中被广泛用作结构材料。然而，在工业清洗和油井酸化等过程时，碳钢很容易溶解在酸溶液中[1]，造成相当大的经济损失，并危及人身安全。为了防止酸腐蚀，人们采取了许多方法，包括有机涂层[2]、缓蚀剂[3]及阴极保护[4]等。其中，使用缓蚀剂是一种非常有效、经济的方法。研究表明，那些含有N，O，P，S和芳香环环或极性官能团的分子结构，具有较好的缓蚀效果。因为这些化合物具有活性吸附中心，能够通过电荷共享或转移吸附到碳钢表面上形成稳定的键[5]，从而降低碳钢腐蚀的腐蚀速率。席夫碱类化合物由于具有上述分子特征而有望成为性能良好的缓蚀剂。本文合成了邻香草醛缩氨基硫脲（OVT）席夫碱，并用失重法、动电位极化法和电化学阻抗谱（EIS）研究了它对Q235碳钢在0.5mol/L硫酸溶液中的缓蚀性能。

1 实验部分

OVT通过邻香草醛与氨基硫脲的缩合反应合成[6]。

电化学测试采用三电极体系，在电化学工作站上进行。分别铂片电极和饱和甘汞电极作为辅助电极和参比电极。Q235碳钢电极（裸露面积为0.50cm2）作为工作电极。测试前，对碳钢电极打磨抛光，丙酮擦洗，然后用蒸馏水清洗。所有的电化学实验开始前，工作電极必须在腐蚀溶液中浸泡1h，以达到稳定的开路电位（EOCP）。动电位极化曲线设置范围：EOCP±250mV，扫描速率为1mV/s。电化学阻抗测试的频率范围为0.01Hz～100kHz，电位为EOCP，交流电幅值为5mV，阻抗数据通过Zview软件分析。

2 结果与讨论

2.1 EIS测试结果

图1是碳钢在0.5mol/L硫酸溶液中的Nyquist图线。可以看出，容抗弧是一个不完美半圆，这种现象通常被认为是由于电极表面的粗糙度以及不均一性导致弥散的结果。同时说明碳钢的腐蚀受到电荷转移的控制。随着OVT浓度的增加，高频容抗弧的直径显著提高，而低频感抗弧逐渐消失，这种现象被认为是在阻抗谱一种“退化”现象，除此之外，该图并没有其他变化，这表明缓蚀剂的存在对腐蚀机理的影响比不大。在低频感抗弧可能归因于在松散过程中SO42-和H+在电极表面上的吸附或在表面重新溶解。

图2为碳钢在H2SO4溶液中的等效电路图，其中Rs为溶液电阻，Rct为电荷转移电阻，CPE是常相位元件，反应缓蚀剂分子在电极表面的吸附特性。根据η%=（1-Rct，0/Rct）×100%计算缓蚀效率η。从表1可以看出，Rct的值随着缓蚀剂浓度C的不断增加，其值由17.4Ωcm2增加到271Ωcm2，表明缓蚀剂分子形成一层吸附层，抑制有效抑制了碳钢在硫酸中的腐蚀。在OVT浓度为300×10-6mol/L时，其缓蚀效率值达到93.1%。

2.2 动电位极化曲线测试结果

图3为298K时，添加不同浓度OVT的0.5mol/L H2SO4溶液中碳钢的极化曲线。表2是应用Tafel曲线外推法得到的各动力学参数及计算所得的缓蚀效率η。其中，计算缓蚀效率的公式为：η%=（1-i0corr/icorr）×100%，其中，icorr和i0corr分别为添加和未添加缓蚀剂溶液的电流密度。

很明显，随着OVT浓度的增加，碳钢的阳极和阴极腐蚀电流密度均逐渐减小，表明阳极和阴极反应均受到抑制，这通常是由于这些缓蚀剂在表面活性位点的覆盖所致。浓度为300×10-6mol/L时，缓蚀效率达到90.5%。与空白溶液相比，自腐蚀电位Ecorr负移，而且随着OVT浓度的增大，电位负移的幅度也增加，但是最大位移不超过85 mV，由此可以判断，OVT为以抑制阴极反应为主的混合型缓蚀剂。在各浓度的缓蚀剂溶液中，阳极斜率βc的绝对值都比阴极斜率βa大一些，进一步证实了OVT主要是抑制阴极腐蚀反应。值得注意的是，阴极斜率βc值随缓蚀剂浓度的变化不大，说明阴极析氢过程受活化控制，缓蚀剂的加入并没有改变其机理。换言之，这些抑制剂通过占据碳钢表面的活性反应点来延缓阴极反应。然而，βa值的变化更为明显，表明由于分子结构中存在长电子对，这些抑制剂可以通过形成Fe（II）-缓蚀剂复合物来影响铁的溶解动力学过程。由动电位极化曲线法测试得到的缓蚀效率变化趋势与EIS试验结果相一致。

3 结论

采用电化学阻抗谱和动电位极化曲线研究了缓蚀剂OVT在0.5mol/L硫酸溶液中对碳钢的缓蚀行为。结果表明，在298K条件下，OVT具有好的缓蚀效果，而且缓蚀效率随着缓蚀剂浓度的增高而增加，在OVT浓度为300×10-6mol/L时，其缓蚀效率值达到93.1%。极化曲线表明OVT是一以抑制阴极反应为主混合型缓蚀剂，OVT的加入没有改变碳钢的在硫酸中的腐蚀机理。

【参考文献】

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