国际期刊的电化学

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国际期刊的电化学/2019年/文章

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体积 2019年 |文章的ID 5743952 | https://doi.org/10.1155/2019/5743952

Demet Ozkır, 电化学变化的一种蛋白质染色和食品染料作为一种新型缓蚀剂在酸性介质软钢”,国际期刊的电化学, 卷。2019年, 文章的ID5743952, 11 页面, 2019年 https://doi.org/10.1155/2019/5743952

电化学变化的一种蛋白质染色和食品染料作为一种新型缓蚀剂在酸性介质软钢

学术编辑器:Adalgisa罗德里格斯·德·安德雷德
收到了 2018年12月08
接受 2019年1月17日
发表 2019年3月3日

文摘

在这项研究中,食品染料的相关性,即快速Green-FCF (FG-FCF),被调查的新抑制剂盐酸溶液中低碳钢。这种效应是指定的电化学阻抗谱(EIS),使用最广泛的测量技术之一。由于抑制剂浓度的增加,这是见过极化电阻的值增加,覆盖的金属表面FG-FCF像一条毯子。测试支持FG-FCF在低碳钢表面化学吸附,根据朗缪尔等温线。与表面特征分析,如场发射扫描电子显微镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM),这是进一步确定HCl FG-FCF被保护的金属表面。通过应用氢气进化技术,FG-FCF已经证明提供最低的表面积与所有抑制从空白解决方案由于其强烈的吸附到金属表面。最后,澄清,FG-FCF几乎可以作为一个很好的缓蚀剂用于低碳钢和支持的结果。

1。介绍

金属改性的化学物质会影响它们的属性,如耐腐蚀和力量。由于低碳软钢很强它包含的内容。在材料科学是一个复杂的术语。它具有较高的抗破裂。与更高的碳钢、低碳钢很软,即使它是冷的。高碳钢一般压力下破裂,虽然它弯曲或扭曲1]。低碳钢尤其令人钦佩的建筑由于其和易性。它也有巨大的经济重要性和高要求的许多行业的一些优势。随着它的使用需求的增加,腐蚀预防发生。腐蚀是一个重要的现象,需要防止世界各地。事实上,人类的衰老是一个生活和腐蚀的重要例子。经济和物质损失原因非常重要对于一个国家的收入2,3]。防止金属腐蚀抑制剂的使用积极的媒体如盐酸是一个高度优先的应用程序。腐蚀抑制剂分为无机和有机抑制剂。大部分无机抑制剂的使用通常是避免由于重金属含量,环境风险,biotoxic效果。相反,它可能更合适使用无毒,有效,健康的有机抑制剂比使用无机抑制剂具有毒性作用在防止金属腐蚀4,5]。频繁,许多有机化合物包含不同类型的杂原子是低碳钢的抽头防止腐蚀,能与金属形成共价键,然后吸附到金属表面(6- - - - - -8]。许多研究人员根据文献的发现,一些杂环有机化合物含有氮、硫、氧的分子结构是活跃的腐蚀抑制剂(9- - - - - -14]。抑制剂应该非常有影响力的即使在非常低的浓度。染料是最常用的缓蚀剂(15,16]。染料快速绿色自由现金流量可以吸附在金属表面,改变金属的特性,比如它容易腐蚀和吸附特征。防止腐蚀性能的染料不集中在一个统一的过程。换句话说,它主要取决于金属,积极的环境,有机抑制剂化合物的结构和浓度(11,17]。最近,Pareek和同事发现,染料,即“4-amino-3 -苯并(phenyldiazenyl) 咪唑并[1,a] pyrimidin-2 (1 h)——”,可以作为抑制剂抑制腐蚀的铜3.5 wt. %(按重量)氯化钠溶液18]。Ebenso和Oguzie的一项研究显示,一些有机染料,即safranine-o,百里酚蓝,和fluorescein-Na低碳钢在硫酸溶液的有效抑制剂(19]。

快速Green-FCF有迷人的影响由于其分子结构,显著属性开始这项研究。偏好的原因之一这染料作为抑制剂存在的氮、氧、硫原子结构和能力作为一个吸附中心,以及拥有一个大型和芳香分子结构。一些不同的染料用于行业造成严重的危害20.,21),而另一些则用在食品添加剂或制药和化妆品工业22- - - - - -25]。快Green-FCF也用于科学研究,如食用染料和蛋白质染色以及电生理实验(26- - - - - -29日]。到目前为止,还没有文献描述的影响迅速的腐蚀抑制Green-FCF低碳钢在1.0 M盐酸溶液。从这个角度来看,在这项研究中,被调查是否快速Green-FCF,用于蛋白质染色和食用染料,可以对低碳钢腐蚀抑制剂除了已知的使用领域。

2。材料和方法

实验中使用的材料之一是低碳钢焊条和表中展示了它的化学成分1


元素 元素 元素

(C) 0.08400 (Si) 0.10200 (Mn) 0.40900
(P) 0.01100 (年代) 0.01900 (Cr) 0.06030
(莫) 0.01040 (倪) 0.07890 (铝) 跟踪
(有限公司) 0.00198 (铜) 0.21700 (Nb) 0.00222
(Ti) 跟踪 (V) 0.01100 (W) 跟踪
(Pb) 跟踪 (Sn) 0.01620 (某人) 跟踪
(铁) 保持

电化学测试都意识到利用CHI 660 b细胞与传统的三电极电化学分析仪。所有的标本被安放在聚酯,然后用丙酮脱脂,使用前洗净晾干。第一电极工作电极的低碳钢,面积是0.5024厘米2。他们磨损与150年、600年和1000年电网金刚砂论文之前,沉浸在测试解决方案。连接是用铜线低碳钢电极电导率。其次,它是对电极的表面积为1厘米2作为白金。第三个是Ag / AgCl使用的参比电极。实验中使用的所有化学品都从默克化工公司购买。FG-FCF的分子结构,即国际命名 2 - ((E) -(4 -(乙(3-sulfonatobenzyl)氨基)苯)((E) 4 -(乙(3-sulfonatobenzyl) iminio) cyclohexa-2 5-dien-1-ylidene)甲基)5-hydroxybenzene磺酸盐 ,呈现在图1

1.0 HCl溶液被稀释的分析准备年级37%盐酸蒸馏水和这个解决方案作为一个空白的解决方案比较抑制剂效率。此外,所有1.0 x10之间抑制剂浓度进行了研究−5M和1.0 x10−3m .每个电化学实验之前,系统允许平衡1小时和测量进行确定开路腐蚀电位(E相关系数)。EIS测试频率范围的意识到1055 x103赫兹5 mV振幅。首先,系统的等效电路为EIS创建测试和所有阻抗图的拟合是Zview2软件程序对数据的研究。EIS实验还研究了在±0.250 V (Ag) / AgCl)潜在的范围从E相关系数和极化电阻(Rp)测定值。Rp策划与测量值E相关系数的价值观和这个阴谋的最大峰值对应的潜力零电荷(Epzc)[30.,31日]。

为了研究FG-FCF如何保护低碳钢表面酸性溶液中,氢进化(VH2- t)和EIS方法应用在1 - 120 h浸时期(31日]。低碳钢标本沉浸在烧杯150毫升的抑制和不受约束的解决方案没有搅拌,以便分析和比较的抑制影响FG-FCF更长时间。氢进化测试,一端关闭,使用特制的滴管。滴管满心所有测试解决方案和倒进烧杯包含测试解决方案和低碳钢的电极。这里应该注意,低碳钢焊条应关闭的口滴定管。

低碳钢电极表面特征进行120 h后曝光时间在1.0 M盐酸有或没有FG-FCF抑制剂的原子力显微镜(Veeco多模8毫微秒示波器3 d模型)和高分辨率FESEM技术与计算机控制(500年蔡司GEMINISEM模型)。

3所示。结果与讨论

3.1。EIS和浸泡时间测量

EIS结果通常是评论的机电等效电路,可用于描述接口的电气性能。

在图2等效电路用于抑制剂和noninhibitor系统的解决方案。低碳钢的奈奎斯特图是在不同浓度的FG-FCP有无1.0 HCl溶液在298 K不同浸泡时间后显示数据34

当看着对媒体提出的等效电路,电路中有不同的元素。最大的区别是感应电阻(Rl)和电感(l)来自电感回路不受约束的解决方案。有两个CPE抑制电路元素的解决方案。

其中一个是双层电容(CPE戴斯。莱纳姆:),另一是膜层电容(CPE电影),负责在低碳钢表面形成的抑制剂电影。阻抗等参数Rl,l,Rp溶液电阻(R年代),固定相元素(CPE)获得Zview2软件程序和抑制效率( %从极化电阻)值计算为每个沉浸在评估表2


时间/ C (M) R年代 Rp CPE Rl l
( 厘米2) ( 厘米2) ( F /厘米2) n ( 厘米2) (H) (%)

1 h
空白 1.2 72年 110年 0.94 8 4 - - - - - -
1.0 x10−5 1.3 576年 81年 0.89 - - - - - - - - - - - - 87.5
5.0 x10−5 1.4 755年 75年 0.87 - - - - - - - - - - - - 90.4
1.0 x10−4 1.1 888年 70年 0.86 - - - - - - - - - - - - 91.9
5.0 x10−4 1.1 902年 62年 0.82 - - - - - - - - - - - - 92.0
1.0 x10−3 1.2 935年 54 0.81 - - - - - - - - - - - - 92.3

24小时
空白 1.2 11 2600年 0.95 1.3 1.1 - - - - - -
1.0 x10−5 1.1 520年 1392年 0.84 - - - - - - - - - - - - 97.9
5.0 x10−5 1.3 676年 862年 0.83 - - - - - - - - - - - - 98.4
1.0 x10−4 1.2 715年 392年 0.81 - - - - - - - - - - - - 98.5
5.0 x10−4 1.2 735年 197年 0.80 - - - - - - - - - - - - 98.5
1.0 x10−3 1.1 864年 95年 0.81 - - - - - - - - - - - - 98.7

48小时
空白 1.1 5 10123年 0.94 0.7 1 - - - - - -
1.0 x10−5 1.1 303年 5448年 0.84 - - - - - - - - - - - - 98.3
5.0 x10−5 1.0 536年 2079年 0.83 - - - - - - - - - - - - 99.1
1.0 x10−4 1.1 695年 995年 0.81 - - - - - - - - - - - - 99.3
5.0 x10−4 1.2 725年 506年 0.81 - - - - - - - - - - - - 99.3
1.0 x10−3 1.1 798年 171年 0.79 - - - - - - - - - - - - 99.4

72 h
空白 1.2 4 19642年 0.90 0.4 0.4 - - - - - -
1.0 x10−5 1.2 247年 9792年 0.82 - - - - - - - - - - - - 98.4
5.0 x10−5 1.1 525年 4024年 0.81 - - - - - - - - - - - - 99.2
1.0 x10−4 1.3 656年 2028年 0.79 - - - - - - - - - - - - 99.4
5.0 x10−4 1.2 720年 1325年 0.79 - - - - - - - - - - - - 99.4
1.0 x10−3 1.3 770年 365年 0.78 - - - - - - - - - - - - 99.5

96 h
空白 1.3 4 38697年 0.83 0.9 0.3 - - - - - -
1.0 x10−5 1.1 174年 20064年 0.78 - - - - - - - - - - - - 97.7
5.0 x10−5 1.2 374年 9956年 0.78 - - - - - - - - - - - - 98.9
1.0 x10−4 1.0 488年 3500年 0.78 - - - - - - - - - - - - 99.2
5.0 x10−4 1.0 610年 1603年 0.78 - - - - - - - - - - - - 99.3
1.0 x10−3 1.0 630年 549年 0.77 - - - - - - - - - - - - 99.4

120 h
空白 1.4 4 36520年 0.89 0.4 0.3 - - - - - -
1.0 x10−5 1.0 134年 20108年 0.77 - - - - - - - - - - - - 97.0
5.0 x10−5 1.3 278年 10002年 0.75 - - - - - - - - - - - - 98.6
1.0 x10−4 1.2 402年 3750年 0.75 - - - - - - - - - - - - 99.0
5.0 x10−4 1.1 490年 1803年 0.74 - - - - - - - - - - - - 99.2
1.0 x10−3 1.1 525年 672年 0.60 - - - - - - - - - - - - 99.2

指的是奈奎斯特图数据34空白溶液状态的低迷的半圆,低碳钢的腐蚀过程主要是由电荷转移(32,33]。当解释EIS的极化电阻的实验中,更准确定义,考虑到其总电荷转移和扩散层阻力。阻抗图,电容回路的直径增加的增量抑制剂浓度为每一个沉浸在高频区域的时间。

换句话说,抑制剂浓度越高,极化电阻越大,抑制效率值(表2)。类似的结果在文献中已经报道在一些研究[34- - - - - -36]。当解决方案与FG-FCF的图检查,抑郁的循环在两个频率区域。循环在低频区域定义了薄膜电阻和其他类型的累积腐蚀产物,而电荷转移和扩散层电阻负责高频区域。这一发现已被和谐与许多调查文献[37- - - - - -39]。

R年代值,根据表中2,通常是恒定浓度和浸泡时间约为1 最高价值的极化电阻的值,从而抑制效率计算与1.0 x10−3M FG-FCF解决方案的最后1 h浸泡时间和值是935 和92.3%,分别。这么高的程度的结果是一个清晰的迹象,它保护金属表面在1 h浸。可以显式地从数据34和表2的直径曲线,由于预期的腐蚀过程,减少了与浸泡时间的增加。

的价值η%用于表2计算使用以下方程给出: 在哪里 Rp分别是抑制和无拘束的极化阻力值。

CPE的下降值的浓度Rp值增加,它可以清楚地阐明的增量双层厚度之间的金属和抑制剂或减少当地的介电常数(40]。“n“价值发现的拟合曲线通过Zview2项目是金属的表面不均匀性系数。这些值减少在每个浸抑制剂浓度的增加。的提高FG-FCF浓度和降低”n“值可以认为证据更多FG-FCF分子吸附的低碳钢通过减少活性表面积。EIS情节人物34semielliptical似乎。

在表2电阻的范围Rp抑制的解决方案在1 h是576 - 935 ,520 - 864 24小时后,303 - 798 48小时后,247 - 770 72 h后,174 - 630 96 h后,134 - 525 120 h后,随着浸泡时间的增加,仍有显著抑制作用 %值虽然Rp值在每个浓度降低。例如,η%值计算从1、24、48、72、96和120 h浸没时间的最佳浓度FG-FCF,分别92.3%,98.7,99.4,99.5,99.4和99.2。这一结果表明,预防和紧薄膜生长抑制剂浓度的崛起和覆盖表面就像一条毯子。图5生动地描绘了分布的抑制效率值一起浸泡时间和浓度。

5清楚地表明FG-FCF具有极高的保护的影响。根据这张图和表2,抑制效率值增强显著72 h和保持不变在99%左右在96和120 h和一个非常轻微的减少。这么高的保护效应的原因是五个芳香环FG-FCF抑制剂的分子结构和电子基π电子在这些戒指,以及等杂原子取代氮、硫、氧,和未配对电子的发现在这些杂原子,通过充分激活剂,金属表面几乎是完全覆盖。

零费用的潜力是另一个重要的变量根据吸附的概念。的吸附活性抑制剂受到金属的结构,表面电荷和分子结构的抑制剂。金属的表面电荷是由于金属之间的电场和抑制剂。出于这个原因,EIS法用于确定低碳钢的零电荷电位。在确定金属的表面电荷,Rp值是谋害E相关系数值和图6成立。在这个图的最大峰值Epzc。电荷的金属是由比较的位置腐蚀电位Epzc。与此有关的方程如下: 在哪里E相关系数是腐蚀电位,Epzc是零电荷电位, 是低碳钢的表面电荷。

表面电荷可能在两个方面,无论是积极的还是消极的。如果表面电荷决心是积极的,有阴离子的吸附表面。如果消极,阳离子将首先想对表面吸附(41]。Epzc研究了低碳钢在1.0 M盐酸1.0 x10−3M FG-FCF解决方案。所有的测试Rp值被记录在一个稳定的潜力在±0.250 V (Ag) / AgCl)。

根据图6之间的电位差E相关系数Epzc = -0.05 V。在这种情况下,负面的存在 表明,金属表面带负电。因此,可以说,质子化了的水分子的抑制剂和阳离子物种直接吸附到金属表面(42]。同时,减少材料损失。

3.2。氢进化测试

低碳钢在1.0 M盐酸的腐蚀抑制剂的存在和存在作为时间的函数在298 K通过气体的计量方法绘制在图7

通过这种方法,可以计算 %与浸泡时间的氢气体积通过以下方程(43]。 在哪里V 是氢气量不存在和存在的抑制剂,分别。从图可以看出7空白的解决方案,有一个明确的区别和5抑制剂的浓度。随着缓蚀剂浓度的增加,氢气的体积离开电极表面减少即使电极浸泡时间的增加。所以,有显著的抑制溶解过程的性能。通过这种方法,计算最大抑制活动1.0 x10−3M FG-FCF解决方案最终沉浸时间最长(120 h)是98.9%,而这些价值观逐渐93.4%,92.3%,91.2%,89.5%浓度的5.0 x10−4米,1.0 x10−4米,5.0 x10−5M和1.0 x10−5M,分别。即使在120 h的结束,仍有超过90%的有影响力的保护。换句话说,随着FG-FCF添加到酸性介质,氢气的进化是大幅下降。这意味着FG-FCF分子吸附紧密低碳钢表面和抑制通过减少表面活性剂(44]。从该方法获得的结果与EIS结果一致。

3.3。吸附等温线的测定

抑制剂可以抑制金属腐蚀的两种方式。首先,抑制剂分子可以直接吸附到金属表面,否则,可能会有带电金属表面和带电分子之间的相互作用。这一步的研究把人的注意力吸引到了抑制机制的理解,也就是说,如何FG-FCF抑制剂与低碳钢表面进行交互。换句话说,它导致了理解FG-FCF吸附到低碳钢表面通过化学吸附或物理吸附。为了理解FG-FCF的抑制机理 (表面覆盖系数)值获得由于浸泡时间(1 - 120 h)在EIS绘制。朗缪尔等五个不同的吸附等温线,Florry-Huggins, Temkin, Frumkin,弗伦德里希已经试过了。在这些情节中,最高R2(相关系数)值是通过朗缪尔吸附等温式。朗缪尔吸附等温式的相应方程如下: 在哪里 FG-FCF浓度和吗 吸附过程的吸附平衡常数。CC/θ情节授予一个线性单元(图附近的一个斜坡8)。图8只显示的图像的浸泡时间1 h代表的方式。

从朗缪尔等温线绘制每个浸没时间,adsorption-free能源( )和吸附平衡常数(K广告表中提到的)值3计算的 55.5水的摩尔浓度,R是通用气体常数,T在开尔文温度。


浸泡时间(小时) K广告 (焦每摩尔)

1 1111111.11 -44.44
24 3333333.33 -47.16
48 5000000.00 -48.17
72年 5000000.00 -48.17
96年 3333333.33 -47.16
120年 5000000.00 -48.17

文献研究发现的值 约-20焦每摩尔或低于方便负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)和周围的-40焦每摩尔或更多负面的(表3)包括抑制剂分子之间共享或电子的电荷转移和低碳钢表面构成一个坐标类型的债券(化学吸收作用)45,46]。在这项研究中,所有的人 值计算(表3)为每个浸泡时间基本上是负面多于-40焦每摩尔,结合化学吸收作用之间的电荷共享抑制剂和金属表面。这意味着非共享电子对氮、氧和硫原子位于FG-FCF分子结构可以与d轨道的铁原子形成预防化学吸附膜。此外,FG-FCF增加化学吸附能力的化学结构上的金属形成一个协调的债券之间的未配对电子杂原子的结构,π电子的芳香环,低碳钢表面。消极的大小 是一个吸附的热力学自发过程的决定因素。

3.4。表面特征

表面特征进行分析,对其表面和AFM方法来解释图像的低碳钢标本1.0 HCl溶液在120年底298 K h浸泡时间。FESEM和AFM图像进行盐酸1.0解决方案有或没有1.0 x103m .这些分析进行了切割低碳钢标本从表面的距离0.5厘米的铁锯。FESEM显微图的标本FG-FCF抑制剂放大2000倍,呈现在图9。FESEM具有更高的分辨率和更大的能量范围比扫描电镜。

它可以从图容易被监控9(一个)巨大的黑点是在pit-like看到出现在试样表面沉浸在空白的解决方案。因此,它可以显式地称为这个标本是明显的氧化和扭曲的空白的解决方案。空白的解决方案相比,FG-FCF介质的表面几乎完全覆盖着抑制剂和似乎是平滑和更清洁的表面(图9 (b))[47,48]。

AFM分析是一个复杂的和有利的技术在纳米尺度上。在分子水平上获得的图像可以直接从表面或可以采取。它可以提供重要的信息表面特性,形态,粗糙度(49]。的标本受到3 d-afm图像1.0盐酸有或没有1.0 x10−3120 h M FG-FCF给出数据10 ()10 (b),分别。

的后果非常和谐与FESEM AFM图像。从图可以看出10 ()低碳钢试样是非常激进的解决方案和变成一个粗略的印象深刻和多孔表面和大深坑。的平均粗糙度表面确定为197.66 nm。这个值被确定为29.54 nm通过添加1.0 x10−3M FG-FCF酸性介质(图10 (b))。它也肯定了AFM的方法,电极表面,包含120 h FG-FCF解决方案,有一个适当的和相当干净的结构。当平均表面粗糙度值考虑,是记录FG-FCF解决方案的价值明显小于空白的解决方案的价值。因此,可以说,表面特性研究是另一个证明抑制剂研究了低碳钢的大大抑制了腐蚀。

4所示。结论

在这项研究中,使用快速Green-FCF腐蚀抑制剂除了使用在食品染料和蛋白质染色检查在1.0 M盐酸不同浸泡时间利用电化学测试方法。可以突显出以下结果:(1)在这一研究中,得出FG-FCF是一个优秀的抑制剂,可用于实践,以防止低碳钢的长期腐蚀在1.0 M盐酸介质。(2)其抑制效率不仅依赖于浓度,而且在长期的。FG-FCF的优良的抑制是由于其紧覆盖的低碳钢表面就像一条毯子。(3)在氢进化实验中,最低气体体积变化是观察到最佳浓度。(4)可以突出显示,低碳钢表面带负电荷,使质子化FG-FCF分子直接吸附到金属表面上。(5)表面的吸附FG-FCF低碳钢遵循朗缪尔等温线。的负 指出抑制剂分子强烈和自发吸附在低碳钢表面。(6)FESEM和AFM图像明确显示,深坑关闭添加FG-FCF酸性介质和它越来越顺畅和更清洁的表面。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关出版的手稿。

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