溴冷机中碳钢的新型缓蚀剂及缓蚀机理研究

摘要

LiBr溶液对金属材质的腐蚀严重限制溴冷机的发展，所以开发新型的高温高浓度LiBr溶液中的缓蚀剂具有重要的社会效益和经济意义。钼酸盐缓蚀剂在55％LiBr溶液中溶解度低，缓蚀效果不够理想。研究发现有机膦酸化合物A和B对55％LiBr溶液中的Na2MoO4有增溶作用。本文将A和B分别与Na2MoO4及Na2WO4复配，制备出复合缓蚀剂。采用失重法、电化学测试技术、表面分析技术和量子化学计算等方法考察了复合缓蚀剂对55％ LiBr溶液中碳钢的缓蚀性能及机理。
　　添加A-Mo和B-Mo缓蚀剂的55％ LiBr溶液中碳钢表面形成保护性能良好的由Fe3O4、MoO2和MoO3组成的钝化膜，240℃时，碳钢的腐蚀速率分别为43.2μm·a-1和44.1μm·a-1。A-Mo和B-Mo可改善碳钢的电化学性能，使碳钢进入稳定的钝化状态。碳钢表面的钝化膜呈n-型半导体特征，添加缓蚀剂后钝化膜内ND减小，Efb负移，空间电荷层厚度L增大，碳钢耐蚀性得到提高。
　　160～240℃条件下，55％ LiBr溶液中E-A-Mo和E-B-Mo缓蚀剂添加900mg·L-1以上可对碳钢可产生良好的缓蚀效果。添加E-A-Mo缓蚀剂时，碳钢腐蚀反应表观活化能增大，提高了腐蚀反应能垒，腐蚀反应难以进行。但E-A-Mo和E-B-Mo缓蚀剂的使用成本较高。
　　在上述基础上，研制出A-Mo-W和B-Mo-W复合缓蚀剂。55％ LiBr溶液中，A-Mo-W和B-Mo-W复合缓蚀剂通过协同效应使碳钢表面形成均匀致密的颗粒状膜层，主要由Fe3O4、MoO3、MoO2和Na2WO4构成。240℃时，碳钢的腐蚀速率分别为22.1μm·a-1和25.7μm·a-1。碳钢腐蚀反应表观活化能分别为28.35 kJ·mol-1和26.77 kJ·mol-1。两种复合缓蚀剂缓蚀效率分别为98.8％和94.4％，缓蚀性能优于市场化的Na2MoO4缓蚀剂，为三效式溴化锂吸收式制冷机中缓蚀剂的开发提供了理论依据。
　　量子化学计算结果发现，A分子通过带负电荷的N1-O26（间距0.3405nm）和N1-O27（间距0.3412nm）、B分子通过O21-O22（间距0.3386nm）与Na2MoO4生长面两个近邻Na+（间距0.3427nm）发生静电吸附，抑制Na2MoO4生长析出，实现增溶作用。A和B分子通过HOMO和LUMO轨道与Fe形成σ-π配键，在碳钢表面形成吸附膜，从而具有缓蚀作用。A分子缓蚀效果优于B。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 引言

1．2 溴化锂吸收式制冷技术

1．2．1 吸收式制冷技术

1．2．2 溴化锂吸收式制冷技术的研究进展

1．3 溴化锂的腐蚀与防护

1．4 钼酸盐和钨酸盐缓蚀剂

1．4．1 钼酸盐缓蚀剂

1．4．2 钨酸盐缓蚀剂

1．5 有机膦酸和有机磷酸盐缓蚀剂

1．6 本文研究的目的及主要内容

第2章 55％LiBr溶液中A-Mo和B-Mo缓蚀剂对碳钢的缓蚀性能研究

2．1 实验方法

2．1．1 实验材料及试剂

2．1．2 增溶物质筛选

2．1．3 缓蚀剂配制

2．1．4 失重实验

2．1．5 电化学实验

2．1．6 表面分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 增溶物质筛选

2．2．2 A-Mo缓蚀剂对55％LiBr+0．07 mol·L-1 LiOH溶液中碳钢的缓蚀行为

2．2．3 B-Mo缓蚀剂对55％LiBr+0．07 mol·-1LiOH溶液中碳钢的缓蚀行为

2．2．4 A-Mo和B-Mo缓蚀剂对碳钢的缓蚀机理

2．3．本章小结

第3章 E-A-Mo和E-B-Mo缓蚀剂对55％LiBr溶液中碳钢的缓蚀性能研究

3．1 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 E-A-Mo缓蚀剂对55％LiBr+0．07 mol·L-1LiOH溶液中碳钢的缓蚀行为

3．2．2 E-B-Mo缓蚀剂对55％LiBr+0．07 mol·L-1LiOH溶液中碳钢的缓蚀性能

3．3 缓蚀机理

3．4 本章小结

第4章 A-Mo-W和B-Mo-W复合缓蚀剂对55％LiBr溶液中碳钢的缓蚀性能研究

4．1 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 A-Mo-W复合缓蚀剂对55％LiBr+0．07 mol·L-1LiOH溶液中碳钢的缓蚀性能

4．2．2 B-Mo-W复合缓蚀剂对55％LiBr+0．07mol·L-1LiOH溶液中碳钢的缓蚀性能

4．3 缓蚀机理

4．4 本章小结

第5章 有机膦酸化合物A和B对55％LiBr溶液中Na2MoO4增溶机理的量子化学研究

5．1 计算方法的选用

5．2 结果与讨论

5．2．1 有机膦酸化合物A的量子化学计算结果

5．2．2 有机膦酸化合物B的量子化学计算结果

5．2．3 有机膦酸化合物A和B缓蚀性能分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间公开发表的学术论文

致谢

作者简介