绿色缓蚀剂在1m NaOH溶液中对低碳钢的防腐效果研究

摘要

碱腐蚀是工业面临的主要问题之一。工业中大量使用的主要化学品是氢氧化钠、氢氧化钠、氢氧化钠_3.阿宝₄， HCl和H₂所以₄．金属腐蚀控制具有技术、经济、环境和美学上的重要性。使用缓蚀剂是保护金属和合金免受腐蚀的最佳选择之一。采用失重法研究了指甲花/沸石粉在不同温度下对低碳钢在1 M NaOH溶液中的腐蚀防护。吸附、活化和统计研究在本工作中进行。吸附研究表明，缓蚀剂吸附在金属表面符合Langmuir等温线。利用紫外光谱和扫描电镜对表面进行了研究。缓蚀剂在钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温线。在NaOH介质中，缓蚀剂的缓蚀率随缓蚀剂浓度的增加而增加。从浓度和温度对缓蚀效率的依赖关系、Langmuir吸附等温线、SEM和紫外光谱分析结果推断了缓蚀机理。

1.介绍

腐蚀是金属由于化学侵蚀或与环境发生反应而变质的现象。这是一个持续不断的问题，通常很难完全避免。使用缓蚀剂是防止金属在化学环境中腐蚀速率的常用技术。在缓蚀剂中，有机化合物由于其硫、氮和氧等杂原子结构而起到良好的缓蚀剂作用[1］．通过在金属-溶液界面上使用这些有机分子，可以发生四种吸附:(a)带电分子与带电金属之间的静电吸引，(b)分子中不带电电子对与金属的相互作用，(c) p电子与金属的相互作用，(d) (a)和(c)的结合。这些材料大多数是有毒的[2］．近年来，由于对环境的威胁，有毒材料作为抑制剂的使用受到了限制。毒性作用不仅影响生物，而且毒害环境。由于其毒性，对植物提取物的抑制作用的研究正在进行中。这类抑制剂是对环境无害的，并从天然产品如植物提取物中获得[3.］．最近，人们对植物提取物、精油或纯化化合物抑制金属腐蚀进行了一些研究。

在所谓的“绿色缓蚀剂”中，有机化合物通过吸附在金属表面起作用，如抗坏血酸[4，琥珀酸[5),色胺(6]、大蒜、木瓜叶、咖啡因[7]，以及天然物质的萃取物[8- - - - - -12］．这项工作的目标是开发新的混合缓蚀剂，旨在产生一个有效的屏障，以防止金属腐蚀。以指甲花粉和沸石粉为原料，研制了复合缓蚀剂。低碳钢被选择作为基材，因为它在许多技术应用、消费产品和特殊结构中都有广泛的应用。利用扫描电镜和紫外可见光谱研究了杂化膜的结构特征。采用失重法研究了该涂层在钢表面的防腐效果。采用Langmuir吸附等温线分析了吸附行为。采用MINITAB 16统计分析软件进行实验设计和分析，进行田口分析和方差分析。

2.实验工作

实验使用MS试样。用于失重试验的试样为矩形，尺寸为45 mm × 30 mm × 3 mm。在实验之前，所有的标本都用100、200、400和600等级的砂纸抛光，用蒸馏水洗涤，用丙酮脱脂，在空气中干燥，并保存在干燥剂中。分析级1 M NaOH的制备方法如下。准备1m NaOH溶液，40g NaOH在1l的干容量瓶中，加入900ml蒸馏水，搅拌至溶解。将指甲花和沸石粉均匀混合。在30、50、70°C和200、400、600 ppm的抑制剂浓度下，将标本在400 mL 1 M NaOH溶液中完全浸泡2 h。每次实验结束后，用自来水和蒸馏水冲洗标本，用干净的纸巾干燥，浸泡在丙酮和苯中，放在硅胶床上的干燥器中干燥，然后用高精度电子天平称量。为了检验测量的可靠性和重现性，在相同的条件下对每种情况进行了重复实验。

3.结果和讨论

采用失重法研究了低碳钢在含不同缓蚀剂浓度的1m NaOH溶液中不同温度下的腐蚀。低碳钢的腐蚀速率由以下关系式确定: 在哪里为质量损失(g)，面积是(m²),为浸泡期(天)。

失重测量是通过在400 mL溶液中浸泡2小时前后称重MS样品进行的。

其缓蚀效率(IE)计算如下: 在哪里和分别为未加抑制剂金属块和加抑制剂金属块的失重值。

表格1显示了缓蚀剂效率和腐蚀速率随缓蚀剂浓度和温度的变化。可以看出，在一定的实验温度下，随着缓蚀剂浓度的增加，钢的腐蚀速率降低。在没有或有一定浓度缓蚀剂的情况下，钢的腐蚀速率随温度的升高而增大，符合Arrhenius型反应。据报道，铁在酸溶液中的腐蚀速率约为温度每升高10℃的两倍[13］．缓蚀剂的效率随缓蚀剂浓度的增加而增加。

3．1.吸附研究和抑制机理

碱性溶液中缓蚀剂作用的第一步通常被认为是吸附在金属表面上。这涉及到一个假设，即腐蚀反应不会发生在被吸附抑制剂物种覆盖的金属表面的区域(或活性位点)，而这些腐蚀反应通常发生在无抑制剂区域[14］．在不同的温度和不同的抑制剂浓度下，得到了三个具有代表性的Langmuir吸附图，如图所示1．线性图的斜率值分别为0.94、1.00和1.24，分别适用于30、50和70°C的实验温度。这些结果也表明绿色抑制剂单元的某些组分在质谱表面占据了多个吸附位点。

３．２．统计分析

实验腐蚀速率结果在未受抑制和受抑制的1m NaOH中随温度和缓蚀剂浓度的函数如表所示1．可以使用方差分析(ANOVA)的统计技术。这种技术基于方差比来确定几组观察的平均值之间是否存在显著差异。为了确定温度和缓蚀剂浓度对缓蚀效率的影响，使用了双向方差分析。

表格2给出抑制效率的方差分析结果。费雪的-test还可以用来确定哪些流程参数对性能特性有显著影响。通常,当值越大，说明流程参数的变化对性能特征有显著影响。从表中可以看出2抑制剂的浓度很大价值。因此，缓蚀剂浓度是影响缓蚀效率的主要因素，为55.68%。

数字2给出了输入参数如缓蚀剂浓度和温度对缓蚀效率的影响。可以看出，效率随浓度的增加而增加，随温度的升高而降低。抑制效率的最佳输入参数为600 ppm浓度和30°C温度。

3．3．扫描电子显微镜研究

扫描电子显微镜(SEM)图像显示了伴随腐蚀和保护而发生的变化。数字3(一个)为浸渍前抛光MS试样的表面。数字3 (b)揭示了由绿色抑制剂的成分形成的保护层。数字3 (c)显示浸泡后的NaOH反应对表面的破坏。未加抑制剂的低碳钢试样的显微照片显示，由于腐蚀介质的侵蚀，出现了大量的凹坑和裂纹。

3．4．总结分析

为了确认指甲花/沸石-铁络合物形成的可能性，1 M NaOH溶液在低碳钢浸泡后的紫外-可见吸收光谱如图所示4(一)浸没前和图4 (b)浸泡之后。从图中可以看出，偏差用吸光度值及其强度表示。在添加了指甲花/沸石粉的溶液中，低碳钢的吸光度增加。这揭示了铁离子和绿色抑制剂的植物成分之间的复合物的形成。这种配合物的形成可能是造成观测到的吸光度和强度值偏差的原因，这可能是造成防腐活性的原因。样品浸泡前后的光谱形状有显著差异，表明在低碳钢表面形成薄的抑制剂层的可能性(物理吸附)。

4.结论

指甲花/沸石粉混合物是低碳钢的绿色缓蚀剂，在30℃时，缓蚀剂浓度达到最大值，缓蚀率达到95.97%。缓蚀剂的吸附遵循Langmuir吸附等温线，在金属表面形成单分子层。统计分析表明，腐蚀速率受温度和缓蚀剂浓度的影响。SEM的验证结果表明，缓蚀机理是通过吸附过程发生的。紫外光谱表明，缓蚀剂中的化合物与低碳钢表面的铁离子发生反应形成缓蚀层。

信息披露

另外，Premjith Jayakumar Ramakrishnan、Ramkumar Sreekumar和Keerthy Parayil Mohan是印度Kottayam圣约瑟夫工程技术学院先进制造工程和生产管理m.t ech的最后一学期学生。这篇论文与我们最后一学期的项目工作有关。Vishnu Deth Kaleekal Janardhanan是印度Kottayam圣约瑟夫工程技术学院机械工程系的助理教授。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

参考文献

1. B. E. A. Rani和B. B. J. Basu，“金属和合金腐蚀保护的绿色缓蚀剂:概述”，国际腐蚀杂志， vol. 2012, Article ID 380217, 15页，2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. a . Ostovari, S. M. Hoseinieh, M. Peikari, S. R. Shadizadeh, and S. J. Hashemi，“指甲花提取物对低碳钢在1 M HCl溶液中的缓蚀作用:指甲花及其成分(Lawsone，没食子酸，α- d葡萄糖和单宁酸)腐蚀科学第51卷第1期第9页，1935-1949,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. A. Bernhoft，“植物中的生物活性化合物——对人和动物的益处和风险”在挪威科学和文学学院举行的研讨会的会议记录2008年11月，挪威奥斯陆。视图:谷歌学术搜索
4. E. S. Ferreira, C. Giacomelli, F. C. Giacomelli, A. Spinelli，“l -抗坏血酸对低碳钢腐蚀的缓蚀剂效果的评价”，材料化学与物理，第83卷，第83期1，页129-134,2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. M. A. Amin, S. S. Abd El-Rehim, E. E. F. El-Sherbini, R. S. Bayoumi，“琥珀酸对低碳钢在盐酸溶液中的缓蚀作用。第一部分:减重、极化、EIS、PZC、EDX和SEM研究Electrochimica学报号，第52卷。11，页3588 - 3600,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. G. Moretti, F. Guidi, and G. Grion，“色胺在0.5M脱氧硫酸中的绿色铁缓蚀剂”，腐蚀科学第46卷，第46期2，页387-403,2004。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. T. Fallavena, M. Antonow，和R. S. Gonçalves，“在硝酸钾水溶液中咖啡因作为铜的无毒缓蚀剂”，应用表面科学，第253卷。2，页566-571,2006。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. A. Bouyanzer, B. hamouti, L. Majidi，“从薄荷中提取的Pennyroyal油作为钢在1 M HCl中的缓蚀剂”，材料的信件，第60卷，第2期23，页2840 - 2843,2006。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. P. B. Raja和M. G. Sethuraman，“天然产物作为腐蚀介质中金属的缓蚀剂——综述，”材料的信件第62期1，页113 - 116,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. A. A. Rahim, E. Rocca, J. Steinmetz, M. Jain Kassim，“红树林单宁和磷酸通过电化学方法对预锈钢的抑制作用”，腐蚀科学，第50卷，第5期。6, pp. 1546 - 1550,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. L. R. Chauhan和G. Gunasekaran，“植物提取物在稀盐酸介质中的缓蚀作用，”腐蚀科学，第49卷，第49期。3，页1143-1161,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. A. M. Abdel-Gaber, B. A. Abd-El-Nabey, I. M. Sidahmed, A. M. El-Zayady, M. Saadawy，“某些植物提取物对酸性介质中钢铁腐蚀的抑制作用”，腐蚀科学，第48卷，第48期9, pp. 2765-2779, 2006。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. h·h·Uhlig腐蚀及腐蚀控制，约翰·威利父子，第二版，1971年。
14. l . l . Shereir腐蚀，第二卷，纽尼斯-巴特沃斯，伦敦，英国，第二版，1977。

版权

版权所有©2014 Premjith Jayakumar Ramakrishnan et al。这是一篇发布在知识共享署名许可协议，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，但必须正确引用原作。