基于有机药物的两种缓蚀剂对碳钢和铝合金的缓蚀性能研究

摘要

碳钢和铝合金是当代工业生产中应用最广泛的两种金属材料，通常采用酸洗工艺来去除它们表面的氧化皮和污物，但是在许多情况下，由于酸的强腐蚀性，金属基材也会受到一定的侵蚀，即发生了“过蚀”现象，不仅造成了环境的污染，还带来了巨大的经济损失。在酸洗过程中使用缓蚀剂可以有效避免“过蚀”现象的发生。近几十年来，研究学者们发现，一些在医学上经常使用的临床有机药物在酸性介质中表现出优良的缓蚀性能。这些有机药物具有来源广、无毒、环保等优点，有望成为新一代的环保型新型缓蚀剂，因此，研究它们在酸性介质中对碳钢和铝的缓蚀性能及缓蚀机理，具有重要的意义。
　　本文通过失重法、动电位扫描、交流阻抗测试(EIS)结合扫描电子显微镜(SEM)观察等手段研究了临床有机药物头孢噻肟钠(CEF)在HCl溶液中分别对Q235碳钢和铝合金2024-T3(AA2024-T3)的缓蚀性能以及硫酸卡那霉素(KANA)在HCl溶液中对Q235碳钢的缓蚀性能;同时通过计算吸附热力学参数研究了两种有机药物在金属表面的吸附行为，并结合X射线光电子能谱(XPS)技术分析了CEF和KANA的吸附机理和吸附类型。所得主要结论如下:
　　(1)头孢噻肟钠(CEF)在0.1 mol·L-1、0.3mol·L-1、0.5mol·L-1和1.0mol·L-1的HCl溶液中对Q235碳钢具有良好的缓蚀性，缓蚀率最高可达到99％。CEF在0.3mol·L-1、0.5mol·L-1和1.0mol·L-1的HCl溶液中对AA2024-T3具有一定的缓蚀性，缓蚀率最高为91％。硫酸卡那霉素（KANA）在0.3mol·L-1、0.5mol·L-1和1.0mol·L-1的HCl溶液中对Q235碳钢具有一定的缓蚀作用，缓蚀率基本在65％-80％之间变化;而在0.1 mol·L-1的HCl溶液中反而会大大加速Q235碳钢的腐蚀。CEF和KANA的缓蚀率均随温度的升高而降低。
　　(2)CEF和KANA能够显著降低Q235碳钢和AA2024-T3的腐蚀电流密度，同时还能在金属/溶液界面形成一层保护层，减小金属/溶液界面的双电层电容并增大电荷转移电阻。扫描电镜观察结果表明，CEF和KANA可以减轻Q235碳钢和AA2024-T3的腐蚀程度，使其表面腐蚀形貌相对完整。
　　(3) CEF和KANA都是混合型缓蚀剂，且在金属表面的吸附均遵循Langmuir等温吸附模型，吸附类型都是物理吸附与化学吸附共存。XPS结果表明，在HCl溶液中加入两种有机药物缓蚀剂后，在金属表面均发现了有机分子与金属所形成的配位键。
　　(4) CEF和KANA在金属表面的物理吸附机理为:在静电吸引力的作用下，CEF和KANA分子中由于质子化作用而显正电性的氨基(—NH3+)会吸附在金属表面的Cl-上，形成[金属-Cl--+NH3]的双吸附层结构。CEF和KANA在金属表面的化学吸附是由于—NH2中N原子的孤对电子与金属原子形成配位键，从而在金属表面形成不溶性配合物，使金属表面被覆盖，从而达到缓蚀的目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 金属腐蚀

1．2 缓蚀剂研究进展

1．3 药物缓蚀剂研究现状

1．3．1 青霉素类缓蚀剂

1．3．2 头孢类缓蚀剂

1．3．3 喹诺酮类缓蚀剂

1．3．4 四环素类缓蚀剂

1．3．5 阿片镇痛药类缓蚀剂

1．3．6 抗高血压类缓蚀剂

1．4 缓蚀剂的缓蚀机理

1．4．1 电化学机理

1．4．2 物理化学机理

1．5 有机药物缓蚀剂的研究方法

1．5．1 失重法

1．5．2 动电位扫描

1．5．3 EIS法

1．5．4 量子化学法

1．5．5 扫描电子显微镜

1．6 论文的研究意义及主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验材料

2．2 实验溶液的配制

2．3 实验试样的制备

2．3．1 腐蚀失重实验试样的制备

2．3．2 电化学实验试样的制备

2．4 实验方法

2．4．1 腐蚀失重实验

2．4．2 电化学实验

2．4．3 X射线光电子能谱

2．4．4 表面形貌观察

2．5 实验数据处理

2．5．1 腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流Icorr的确定

2．5．2 交流阻抗参数的确定

2．5．3 缓蚀率(IE%)的计算

第三章 头孢噻肟钠对Q235碳钢和AA2024-T3的缓蚀性能研究

3．1 CEF对Q235碳钢的缓蚀性能研究

3．1．1 Q235碳钢在含有CEF的HCl溶液中的腐蚀失重实验结果

3．1．2 Q235碳钢在含有CEF的HCl溶液中的极化曲线结果

3．1．3 Q235碳钢在含有CEF的HCl溶液中的开路电位监测结果

3．1．4 浸泡时间对Q235碳钢在1．0 mol·L-1的HCl溶液中动电位扫描结果的影响

3．1．5 Q235碳钢在含有CEF的HCl溶液中的交流阻抗测试结果

3．1．6 Q235碳钢在含有CEF的HCl溶液中的腐蚀形貌

3．2 CEF对AA2024-T3的缓蚀性能研究

3．2．1 CEF在HCl溶液中对AA2024-T3的腐蚀失重实验结果

3．2．2 AA2024-T3在含有CEF的HCl溶液中的极化曲线结果

3．2．3 AA2024-T3在含有CEF的HCl溶液中的开路电位监测结果

3．2．4 浸泡时间对AA2024-T3在0．5 mol·L-1的HCl溶液中EIS测试结果的影响

3．2．5 AA2024-T3在含有CEF的HCl溶液中的交流阻抗测试结果

3．2．6 AA2024-T3在含有CEF的HCl溶液中的腐蚀形貌

3．3 CEF对Q235碳钢和AA2024-T3缓蚀性能的比较

3．4 本章结论

第四章 硫酸卡那霉素对Q235碳钢的缓蚀性能研究

4．1 Q235碳钢在含有KANA的HCl溶液中的腐蚀失重实验结果

4．2 Q235碳钢在含有KANA的HCl溶液中的极化曲线结果

4．3 Q235碳钢在含有KANA的HCl溶液中的开路电位监测结果

4．4 Q235碳钢在含有KANA的HCl溶液中的交流阻抗测试结果

4．5 Q235碳钢在含有KANA的HCl溶液中的腐蚀形貌

4．6 本章结论

第五章 CEF和KANA的吸附热力学研究和缓蚀机理探究

5．1 CEF的吸附热力学研究

5．1．1 CEF在Q235碳钢表面的吸附模型

5．1．2 CEF在AA2024-T3表面的吸附模型

5．1．3 CEF在AA2024-T3表面的吸附热力学参数计算

5．2 KANA在Q235碳钢表面的吸附热力学研究

5．3 CEF的缓蚀机理探究

5．3．1 CEF对Q235碳钢的缓蚀机理探究

5．3．2 CFF对AA2024-T3的缓蚀机理探究

5．4 KANA对Q235碳钢的缓蚀机理探究

5．5 本章结论

第六章 总结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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