研究N, N-Diethylammonium O, O′di (p-methoxyphenyl)二硫代磷酸盐作为新的碳钢缓蚀剂在盐酸的解决方案

文摘

N, N-Diethylammonium O, O′di (p-methoxyphenyl)二硫代磷酸盐(EAPP)作为一种新型缓蚀剂合成在目前的工作。盐酸的腐蚀抑制EAPP碳钢被potentiodynamic极化测量评估,电化学阻抗谱,体重测量和扫描电子显微镜。结果表明,EAPP混合型缓蚀剂,EAPP在碳钢表面的吸附遵循朗缪尔等温线。此外,抑制效率抑制剂的浓度增加而增加,随盐酸浓度增加,温度和贮存时间。

1。介绍

酸的解决方案通常用于工业清洗,化学贴花纸,金属酸洗(1,2]。在这些流程,不良的存在和广泛的攻击对金属在不同的酸作为一种重要的金属解决方案,阻止腐蚀的缓蚀剂的应用现象似乎越来越重要(3,4]。使用抑制剂是最实用的腐蚀防护方法之一,特别是在酸溶液,以防止金属溶解(5,6]。与其他现有的防腐技术相比,使用缓蚀剂的方法有一些优点,比如不需要特殊设备,成本低,操作方便。

在过去的十年里,许多研究了抑制剂在不同的媒体。最有效的缓蚀剂的有机化合物包含原子的电负性(如氮原子,磷原子,硫原子和氧原子),不饱和键(双键或三键等),和飞机共轭系统包括各种芳香周期(7- - - - - -9]。事实上,O, O′-diaryldithiophosphates含有氮、磷、硫、和氧原子的结构,这可能是潜在的抑制剂。

因此,为了开发新的有效的缓蚀剂,本工作的目的是探讨腐蚀抑制N, N-diethylammonium O, O′di (p-methoxyphenyl)二硫代磷酸盐(EAPP)碳钢在盐酸(HCl)解决方案。首先,EAPP是合成的有机化合物。同时,EAPP小说作为缓蚀剂对碳钢在盐酸溶液进行了研究使用potentiodynamic极化测量,电化学阻抗谱,体重测量和扫描电子显微镜。此外,抑制剂浓度的影响,盐酸浓度、温度和贮存时间对抑制行动全面展开调查。

2。材料和方法

2.1。材料

在这个工作中,磷pentasulphide (P₂年代₅),p -methoxyphenol (pch₃OPhOH)、二乙胺(NHEt₂)、甲苯(PhCH₃)、盐酸(37%盐酸)和丙酮(CH₃COCH₃)购买化学试剂国药控股有限公司有限公司所有的试剂都是商用,使用前未经纯化。标准样品(50毫米×20毫米×5毫米)和工作电极是由碳钢的化学成分表1。同时,太极拳660 d电化学工作站(中国)用于电化学测量。

HCl解决方案的测试解决方案均由分析纯盐酸和蒸馏水。在电化学和体重测量,测试控制的解决方案是一个水的温度恒温器,和所有的实验都是开着的空气,在静态条件下进行的。

2.2。合成的抑制剂

N, N-Diethylammonium O, O′di (p-methoxyphenyl)二硫代磷酸盐(EAPP)作为新的缓蚀剂合成合成过程如图1由磷pentasulphide反应,p-methoxyphenol与二乙胺在甲苯溶剂基于我们之前的作品中描述的方法(10- - - - - -12]。

2.3。电化学测量

电化学测量是通过传统的三电极系统组成的碳钢工作电极的接触面积0.785厘米²,石墨电极对电极,饱和甘汞电极(SCE)作为参考。所有的潜力在这被称为南加州爱迪生公司工作。工作电极是沉浸在开路电位测试解决方案((OCP) 30分钟足以达到一个稳定状态之前测量。

potentiodynamic极化电位扫描速度(塔费尔)曲线是0.166 mV⁻¹。腐蚀电流密度()确定拦截的阴极和阳极塔菲尔外推线腐蚀电位()。抑制效率()从下列方程计算13,14]: 在哪里和碳钢的腐蚀电流密度值在盐酸溶液没有EAPP,分别。

电化学阻抗谱(EIS)进行测量在100千赫至10 m赫兹频率范围使用正弦交流扰动振幅的10 mV。EIS参数被使用ZSimpWin软件安装。电荷转移电阻()获得了半圆的直径的奈奎斯特图。抑制效率()来自EIS计算使用以下方程: 在哪里和中观察到的电荷转移电阻的值存在和缺乏抑制剂。

摘要存储时间被定义为时间间隔的时间加法EAPP在盐酸溶液的时间使用电化学测量的测试解决方案。

2.4。体重的测量

体重测量之前,所有的标准碳钢样本机械磨损和砂纸1200粒,然后用蒸馏水冲洗,在丙酮脱脂,在室温下干燥。精细抛光和碳钢样品干重与1毫克数字平衡敏感性和沉浸在盐酸溶液中EAPP的缺失和存在在各种温度下12 h。浸泡后,测试样本与蒸馏水冲洗,用丙酮清洗,干,reweighed。减肥是计算样品的重量差异之前和之后沉浸在测试解决方案。

在所有上述测量,至少有三个结果认为,和他们的平均价值的报告。腐蚀速率(克米⁻²h⁻¹)和抑制效率(从()计算3)和(4)[15,16),分别 在哪里和在腐蚀前后试样的质量,是减肥前后样品的腐蚀,样品的总表面积,浸泡时间,和是碳钢的腐蚀速率样本在盐酸溶液和不同浓度的EAPP。

2.5。扫描电子显微镜

碳钢的表面形态样品沉浸在0.5前后盐酸在300 K 160毫克的缺失和存在L⁻¹EAPP为2 h进行扫描电子显微镜(SEM, Tescan维加III)。

3所示。结果与讨论

3.1。电化学测量

3.1.1。开路电位曲线

图2显示开路电位的变化(碳钢与浸泡时间(工作电极))在0.5 M盐酸溶液在160毫克的缺失和存在L⁻¹EAPP在300 K。最初的潜在积极的价值随着时间的推移,移动并逐渐保持稳定的价值。与此同时,它可以观察到,浸泡20分钟后,只有微不足道的变化测量。因此,30分钟后实现稳态电化学测试。的价值30分钟在空白的解决方案(0.5 M盐酸没有抑制剂)是0.4852 V (SCE)。稳态潜在行动积极添加抑制剂盐酸0.5解决方案之后,这表明碳钢的腐蚀是由盐酸溶液中添加EAPP迟钝。

3.1.2。Potentiodynamic极化测量

(1)EAPP浓度的影响。在300 K, potentiodynamic极化曲线碳钢的0.5 M盐酸EAPP不同浓度的缺失和存在的图所示3。与此同时,腐蚀电位(mV和SCE),腐蚀电流密度(μ一个厘米⁻²),抑制效率()表2。抑制效率计算(1)。

从图3和表2,阳极和阴极曲线转移到较低的电流密度,表明添加EAPP可以减少碳钢阳极溶解,也阻碍了氢离子还原。与EAPP浓度的增加抑制作用增强,导致EAPP在碳钢电极表面的吸附。一个可能的机制是EAPP在碳钢表面的吸附通过电子对杂原子(硫和氧的原子)π苯环上的电子EAPP的分子结构,哪些块碳钢表面,减少了在媒体盐酸腐蚀碳钢的吸引力。

显然,腐蚀电流密度降低在EAPP的存在比较明显的缺乏EAPP和随EAPP浓度增加而减小。相应地,抑制效率随着EAPP浓度的增加而增加,由于增加了分数碳钢电极表面的吸附。160毫克的抑制效率L⁻¹EAPP达到93.25%,这礼物EAPP是一个很好的缓蚀剂对碳钢在0.5 M盐酸。

此外,它可以分类抑制剂作为阴极或阳极类型如果腐蚀电位的位移超过85 mV对腐蚀电位的空白17,18]。从表2,可以发现,腐蚀电位略有积极或消极的方向转变。所有碳钢的腐蚀电位在300 K 0.5 HCl转变少于85 mV (SCE),这可以解释EAPP作为混合型抑制剂作用于析氢反应和碳钢解散。

(2)温度的影响。温度是一个重要因素影响碳钢的腐蚀速率HCl溶液并修改缓蚀剂在碳钢表面的吸附。为了研究温度对抑制特性的影响,实验在300 K到323 K。

温度对抑制效率的影响potentiodynamic极化测量图所示4。显然,抑制效率与实验的温度降低,这可以归因于这样一个事实:更高的温度可能会导致解吸碳钢缓蚀剂分子的表面。增加温度从300 K到323 K,抑制效率从93.25%下降到33.32%。

(3)盐酸浓度的影响。盐酸浓度的影响在EAPP的抑制效率160毫克L的浓度⁻¹碳钢在300 K图所示5。它可以发现,酸浓度的增加导致抑制效率逐渐下降,和最低抑制效率在2.0 M盐酸是90.92%。类似的结果已经发表在文献[19]。

(4)储存时间的影响。存储时间上抑制效率的影响的EAPP 160毫克L的浓度⁻¹碳钢的0.5 M盐酸在300 K图所示6。从图可以看出6,抑制效率随贮存时间增加,但是,与添加EAPP 0.5盐酸在48小时后,抑制效率是90.92%,这表明EAPP仍然表现出优秀的腐蚀抑制碳钢的0.5 M盐酸。

3.1.3。电化学阻抗谱

图7显示了碳钢的奈奎斯特图与不同浓度的盐酸0.5 EAPP在300 K。双层电容(),电荷转移电阻(),抑制效率(从EIS展示在表测量获得的)3。发现所有尼奎斯特图显示一个电容循环,不羁和抑制的解决方案,这是归因于腐蚀过程的电荷转移。阻抗谱表明,单一半圆,半圆的直径与抑制剂的浓度增加。从表3,它是显示增加和值下降与抑制剂的浓度增加。的增加可以归因于保护膜的形成在碳钢/溶液界面。的减少的减少可能是由于局部介电常数或双电层的厚度的增加,表明该抑制剂在碳钢表面吸附。最好的腐蚀抑制效率记录的EIS 93.25%碳钢在0.5和160毫克盐酸L⁻¹EAPP,证实EAPP可以作为很好的抑制剂碳钢在0.5 M盐酸。结果从EIS中获得良好的协议与potentiodynamic极化测量的结果。

3.2。体重的测量

3.2.1之上。EAPP浓度的影响

抑制效率()不同浓度的EAPP碳钢的0.5 M盐酸在300 K表中列出4。显然,抑制效率EAPP浓度增加而增加。应该注意的是,当EAPP是160毫克L的浓度⁻¹,最大抑制效率是94.93%,高于N的抑制效率,N-diethylammonium O, O′-diphenyldithiophosphate碳钢在5%盐酸(85.24%)(20.),证实EAPP可以作为一个好的缓蚀剂对碳钢在0.5 M盐酸。

3.2.2。吸附等温式

吸附等温线可以给重要的信息关于抑制剂和金属表面之间的相互作用。两个主要类型的交互可以用来描述吸附行为的抑制剂,这是物理吸附和化学吸附21- - - - - -23]。这些过程取决于抑制剂分子的化学结构,在实验温度,电化学势,电荷和金属的性质。有机缓蚀剂分子的吸附水溶液可以视为quasi-substitution过程之间的有机化合物在水相和水分子与金属表面)如下面的平衡由(24,25]: 在哪里是水分子的数量由一个有机分子取代。在这种情况下,EAPP伴随着的吸附解吸碳钢表面的水分子。

基本信息提供的缓蚀剂在金属表面可以吸附吸附等温式。为了找到最合适的吸附等温式EAPP在碳钢表面的吸附等温线包括朗缪尔,Temkin, Frumkin, Flory-Huggins吸附等温线(26,27)采用适合减肥的实验数据测量。发现EAPP钢铁表面的吸附遵循朗缪尔吸附等温式如下所示(6,26,27]: 在哪里EAPP的浓度,吸附平衡常数,表面覆盖。表面覆盖(EAPP)不同浓度的盐酸0.5获得根据体重测量下列方程(9,11,16]: 在哪里和是样品的腐蚀速率在0.5 M盐酸溶液没有EAPP,分别。

的情节与产生直线如图8。强烈的相关性()表明,EAPP在碳钢表面的吸附盐酸遵循朗缪尔吸附等温式的解决方案。与此同时,价值可以从直线的截距和决定也是相关的标准自由能吸附(使用以下表达式(),25,27,28]: 在哪里气体常数(8.314 J K⁻¹摩尔⁻¹),绝对温度(K), 55.5是水的摩尔浓度溶液中表达的物质的量浓度单位(摩尔L⁻¹)。

吸附自由能的大值()及其负号通常是强烈的互动和高效吸附的特征。一般来说,的值20−kJ摩尔⁻¹或更少的消极与带电抑制剂分子之间的静电相互作用和带电金属表面(物理吸附)和−40 kJ摩尔⁻¹或更多负面涉及电子的电荷共享或转移抑制剂分子在金属表面形成一个协调类型债券(化学吸收作用)21- - - - - -23]。基于(8)的价值对EAPP碳钢在盐酸溶液在不同的温度下是33.11 kJ摩尔⁻¹。它表明EAPP在碳钢表面的吸附在0.5 M盐酸是化学吸附。

3.3。扫描电子显微镜

图9显示了扫描电子显微镜(SEM)图像的前后碳钢盐酸浸在0.5 L和160毫克⁻¹EAPP在300 K 2 h,就是为了看到记录在腐蚀过程中没有发生变化和EAPP抑制剂的存在。图9(一个)显示样品的表面形态盐酸浸泡在0.5之前,主要是看起来光滑,只有一些裂纹。然而,从图可以看出9 (b)样本处理不受约束的解决方案(0.5 M盐酸没有EAPP)强烈腐蚀,表面变得粗糙、多孔,表明碳钢表面高度腐蚀和损坏在空白的解决方案没有EAPP盐酸(0.5米)。相比之下,从图可以看出9 (c),在160毫克的存在L⁻¹EAPP,钢铁表面损坏的要少得多,这也进一步证实了抑制作用和EAPP在碳钢表面的吸附。这SEM的结果是在良好的协议,从减肥和获得potentiodynamic极化测量。

4所示。结论

(1)N的抑制效率,N-diethylammonium O, O′di (p-methoxyphenyl)二硫代磷酸盐(EAPP)碳钢在盐酸溶液的浓度增加而增加EAPP随着温度增加而减小,盐酸浓度和存储时间。(2)腐蚀电流密度显著降低,腐蚀电位变化的EAPP在盐酸溶液中,和合成抑制剂EAPP混合型缓蚀剂。(3)EAPP在碳钢表面的吸附是化学吸附和遵循朗缪尔等温线。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个项目是由重点实验室开放项目财务支持的材料腐蚀与保护四川省(2012号。2015 cl09 cl12, 2011 cl03),四川省教育部门的程序(16 za0358号和13 cz0019),四川大学艺术与科学的项目(没有。HGXZ2015002),四川大学的科学和工程的项目(没有。2012 py14),重点实验室开放项目的绿色催化四川高等教育研究院(LZJ14201 LYJ1306号,和LYJ1503)。

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