聚苯胺及其氧化物复合膜的制备与耐蚀性研究

摘要

金属材料与周围环境介质之间发生的化学或电化学反应引起金属失效，叫做金属腐蚀。金属腐蚀的发生非常普遍，它能给社会带来巨大的经济损失，引发许多灾难性事故，损耗宝贵的资源，阻碍社会的发展。因此，寻求一种廉价、高效、安全的腐蚀防护手段一直是金属腐蚀防护领域关注的热点。聚苯胺由于具有合成方法简单，导电性良好，易于掺杂以及耐腐蚀性能良好等优点，受到了人们的极大关注。
　　本论文首先采用电化学氧化法在不锈钢表面制备掺杂态聚苯胺膜层，以磷酸为掺杂酸，考察了质子酸浓度以及聚合时间对膜层的形貌结构及防腐蚀性能的影响。当磷酸浓度为1.5mol/L，扫描圈数为20cycles时得到的聚苯胺膜层可使不锈钢的自腐蚀电位显著正移，自腐蚀电流密度由裸不锈钢的的289μA·cm-2下降至7.8μA·cm-2，防护效率达到97.3％，具有良好的防护性能。
　　为了进一步提高聚苯胺的耐腐蚀性能，在溶液中加入适量的氧化物粒子，分别在不锈钢表面制备了PANI/SiO2和PANI/TiO2复合膜层，并研究了纳米SiO2颗粒的添加量、聚合时间对复合膜层的形貌结构和电化学性能的影响。扫描电镜显示，复合材料具有更优的物理结构，膜层致密。电化学测试表明，对于PANI/SiO2复合膜层，当SiO2颗粒的添加量为7g/L时，其自腐蚀电流密度最小，为2.65μA·cm-2;对于PANI/TiO2复合膜层，当扫描圈数为30cycles时，其电荷转移电阻Rct达到12160Ω·cm2，较裸不锈钢提高了近两个数量级，且也远高于单纯聚苯胺的4066Ω·cm2。表明聚苯胺/氧化物复合膜层对不锈钢基体具有更好的保护作用。
　　最后，在实验室培养硫酸盐还原菌(SRB)，通过对不锈钢及PANI/TiO2复合膜层在SRB中不同浸泡时间的生物膜形貌、腐蚀形貌及电化学性能对比，研究了SRB介质中聚苯胺的腐蚀行为及对不锈钢的防护性能。测试结果表明，PANI/TiO2复合膜层在SRB介质中可以显著提高不锈钢基体的耐蚀性能。