芹菜素衍生物的合成及其对硝酸介质中黄铜的缓蚀行为研究

摘要

铜及其合金在多数环境中具有良好的耐腐蚀性、优越的导电导热性、机械可加工性和延展性，因此广泛应用于电子工业、海洋工业、电站、热交换器和冷却塔的电线、薄板以及管道制造中。黄铜是铜和锌的合金，广泛用于家用电器，工业和化工厂的工艺设备。通常情况下黄铜具有良好的耐腐蚀性，但在氧化性酸及含有氯化物、氮化物和氨的其他腐蚀性介质中更易被腐蚀。硝酸作为强氧化剂，广泛用于工业清洗，除垢，化学和电化学蚀刻。黄铜很容易溶于稀HNO3溶液中，因此秉承节约资源、绿色环保的理念，寻求防锈效果好、缓蚀率高、低毒低污染的绿色环境友好型的黄铜缓蚀剂具有重要意义。本论文以芹菜素为原料分子进行改性，合成曼尼希碱型缓蚀剂，将其用于硝酸介质中黄铜的腐蚀防护与抑制。 本论文的主要内容包括： (1)以从植物贯叶连翘中分离出的芹菜素为原料，利用曼尼希反应合成了六种芹菜素衍生物。并通过红外光谱、核磁、质谱等对它们的结构进行表征。 (2)通过腐蚀失重、电化学动电位极化曲线和交流阻抗(EIS)测量，研究了芹菜素衍生物对1.0M HNO3中黄铜的缓蚀性能。结果表明，合成的芹菜素衍生物对1.0M HNO3中的黄铜具有有效抑制作用。缓蚀率随缓蚀剂浓度的增加而增加，随温度的升高而降低。即使在30mg?L-1的低浓度下，缓蚀率也高于90％，优于常用的黄铜类有机缓蚀剂。电化学研究表明，芹菜素衍生物在HNO3溶液中主要是以抑制阴极反应为主的混合型缓蚀剂。 (3)缓蚀剂性能取决于分子在金属表面上的吸附。根据统计模型计算缓蚀过程的热力学参数，结果表明，这些缓蚀剂在黄铜表面上的吸附是一种自发的过程，主要为化学吸附。利用SEM，AFM，XPS和拉曼光谱分析了这些芹菜素衍生物在黄铜表面的吸附行为，结果证实芹菜素衍生物通过在其表面上形成保护层来阻止黄铜的腐蚀。 (4)采用量子化学计算法研究芹菜素衍生物与黄铜表面相互反应关系，结果表明分子中的HOMO轨道主要分布在氮和氧原子周围，可以向金属提供电子，空的LOMO轨道主要集中在芳环上用来接受铜的反馈电子，因而缓蚀剂分子与铜具有较强的相互作用。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 金属的腐蚀

1.1.1 金属腐蚀的危害

1.1.2 金属腐蚀的机理

1.1.3 金属腐蚀的类型

1.2 铜及其合金的腐蚀

1.2.1 铜及其合金的应用

1.2.2 铜及其合金的腐蚀机理

1.2.3 铜及其合金的在不同环境中的腐蚀

1.3 金属防护的方法

1.3.1 改善金属本质

1.3.2 金属的表面处理

1.3.3 金属覆盖层

1.3.4 优良的设备设计

1.3.5 电化学保护

1.3.6 缓蚀剂

1.4 缓蚀剂的研究

1.4.1 缓蚀剂的发展历史

1.4.2 缓蚀剂的种类

1.4.3 缓蚀剂的作用机理

1.4.4 缓蚀剂的评价方法

1.5 铜及其合金缓蚀剂的研究

1.6 本论文的研究内容与意义

2.1 实验药品和仪器

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.2 芹菜素衍生物的合成

2.2.1 AM的合成

2.2.2 AE的合成

2.2.3 AB的合成

2.2.4 APy的合成

2.2.5 APi的合成

2.2.6 AN的合成

3 吸附缓蚀行为研究

3.1 实验药品与仪器

3.1.1 实验药品与主要材料

3.1.2 实验仪器

3.2 测试与方法

3.2.1 腐蚀失重

3.2.2 电化学测试

3.2.3 表面分析

3.3 腐蚀失重测试

3.3.1 缓蚀剂浓度对缓蚀性能的影响

3.3.2 温度对缓蚀性能的影响

3.4 电化学测试

3.4.1 极化曲线法

3.4.2 交流阻抗法(EIS)

3.5 本章小结

4 腐蚀动力学和热力学研究

4.1 腐蚀动力学研究

4.2 腐蚀热力学研究

4.3 统计模型的应用

4.4 本章小结

5 缓蚀机理研究

5.1 腐蚀形貌分析

5.1.1 扫描电镜(SEM)

5.1.2 原子力显微镜(AFM)

5.2 缓蚀剂吸附膜分析

5.2.1 X射线光电子能谱(XPS)

5.2.2拉曼光谱(Raman spectra)

5.3 量子化学计算

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 相关化合物的谱图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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