含氟咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成及缓蚀性能.docx

含氟咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成及缓蚀性能 张可桂，杨文忠，徐 斌，刘 瑛，尹晓爽 ( 南京工业大学理学院，江苏 南京 210009) ［摘 要］ 以全氟乙酸、二乙烯三胺和溴代十二烷为原料，采用逐级脱水法合成了新型的含氟咪唑啉季铵盐 ( IMF) ，并以红外光谱( FTIＲ) 确定其结构，采用失重法、动电位极化曲线、电化学阻抗等方法研究其在 0． 5 mol / L HCl 溶液中对 Q235 碳钢的缓蚀率与浓度、温度的关系，以扫描电镜( SEM) 表征 Q235 碳钢的腐蚀形貌，运用热力学 参数探究缓蚀机理。结果表明: IMF 的缓蚀率随其浓度增大而增大，在 2． 0 mmol / L 时达到最高，且在高温时有优 良的缓蚀性能; IMF 与金属表面有作用力存在，阻碍了其在高温时的脱附。 ［关键词］ 含氟咪唑啉季铵盐; 缓蚀剂; 缓蚀性能; Q235 钢 ［中图分类号］ TG174． 42 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1001 － 1560( 2014) 08 － 0031 － 05 0 前 言 工业领域的金属设备受酸溶液腐蚀，常使用缓蚀 剂有效应对。有机缓蚀剂用量小、易处理、环境危害小 而被广泛应用。咪唑啉类有机物含有杂原子、席夫碱 等富电子结构，可以有效地与金属结合，是低毒、高效 的缓蚀剂，也是当今的研究热点［1，2］。但目前研究多集 中在常温下各种官能团对咪唑啉衍生物缓蚀效率的影 响方面［3 ～ 5］，尚无提高含卤素咪唑啉的水溶性以及其 在高温下的缓蚀能力的报道。考虑到 C － F 键的稳定 性和季铵盐化合物的良好水溶性，本工作创新性地设 计了含 F 的咪唑啉季铵盐化合物并研究其在高温下的 缓蚀能力。以全氟乙酸、二乙烯三胺和溴代十二烷为 原料，合成含氟咪唑啉季铵盐，研究了其在 0． 5 mol / L HCl 溶液中对 Q235 碳钢的缓蚀效率与浓度、温度的关 系，运用热力学参数探讨了缓蚀机理。 1 试 验 1． 1 含氟咪唑啉季铵盐的合成 将 10 mL 全氟乙酸和 50 mL 甲苯加入 250 mL 三 口烧瓶中，活性氧化铝作催化剂，甲苯作带水剂，冷凝 ［收稿日期］ 2014 03 30 ［基金项目］ 国家重大科技专项课题 ( 2013Z) 资助 ［通信作者］ 杨文忠( 1970 － ) ，博士，教授，博士生导师，主 要研究方向为金属腐蚀与防护、工业水处理， 电话: 025 －E -mail: yangwz@ njut． edu． cn 水回流并升温至 160 ℃ ; 将 30 mL 二乙烯三胺用滴液 漏斗慢慢加入烧瓶中，恒温反应 4 h; 升温至 200 ℃ ，恒 温反应 4 h，温度降至 80 ℃ ，将 20 mL 溴代十二烷慢慢 加入烧瓶，恒温反应 5 h。反应结束后，加入丙酮除去 杂质后真空旋蒸，得到黄棕色黏稠膏状物质，即含氟咪 唑啉季铵盐( IMF) 缓蚀剂。 1． 2 试材前处理及腐蚀介质 试材为 Q235 碳钢，尺寸为 50 mm × 25 mm × 2 mm， 化学成分( 质量分数，% ) : C 0． 140 ～ 0． 220，Mn 0． 300 ～ 0． 650，P≤0． 045，S≤0． 050，Si≤0． 030，Fe 余量。试样用 水磨砂纸逐级打磨至 2 000 目，用蒸馏水、无水乙醇清 洗，室温干燥后用备用。腐蚀介质为含 0 ～ 2． 0 mmol / L IMF 的 0． 5 mol / L HCl 溶液，温度 30 ～ 70 ℃。 1． 3 测试分析 1． 3． 1 合成产物结构和碳钢腐蚀形貌 合成的产物用 AVATAＲ -370 红外光谱仪( FTIＲ) 确定 其 结 构。 用 FEI Quanta200 扫描电子显微镜 ( SEM) 观察腐蚀后的 Q235 钢试片表面形貌，加速电压 20 kV。 1． 3． 2 缓蚀率 ( 1) 静态失重法 将 Q235 碳钢放在腐蚀介质中恒 温浸泡 8 h; 取出后用清洗液洗去腐蚀产物，蒸馏水冲 洗，无水乙醇擦洗，干燥后称重。计算缓蚀率 η: v0 － v vη = × 100% ( 1) v 0 2式中 v，v0 ———有无 IMF 时的失重速率，g / ( m ·s) 2 ( 2) 电化学法 设备为 IM6ex 工作站，对电极为 Pt 电极，参比 电极为饱和甘汞电极 ( SCE) ，工 作电极为 Q235 碳钢( 工作面积为 0． 5 cm2 ，其余部分用树脂 密 封) 。动电位极化曲线测试扫描电位 － 800 ～ － 200 mV，扫描