酸性介質(zhì)中苯甲醛縮苯胺對A3碳鋼的緩蝕作用*

王家輝，周東魁，萬小康，阮　航

(長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北　荊州　434020)

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酸性介質(zhì)中苯甲醛縮苯胺對A3碳鋼的緩蝕作用*

王家輝，周東魁，萬小康，阮航

(長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北荊州434020)

采用失重法及電化學(xué)法研究了苯甲醛縮苯胺在不同濃度鹽酸介質(zhì)和溫度中對 A3 碳鋼的緩蝕行為。結(jié)果表明，該緩蝕劑對鹽酸介質(zhì)中的 A3 碳鋼有明顯的緩蝕作用；加入緩蝕劑后，腐蝕反應(yīng)活化能由52.23 kJ/mol 升高到 103.85 kJ/mol，隨著溫度的升高這種緩蝕劑能在一定程度上抑制溫度對腐蝕速率的影響。隨著緩蝕劑濃度的提高，腐蝕速率顯著降低，緩蝕率顯著提高，但最終會隨著緩蝕劑用量加大，腐蝕速率和緩蝕率趨于平緩。

席夫堿 ；失重法；鹽酸；緩蝕

在用酸液清洗鍋爐工業(yè)鍋爐的過程中，酸液將會對設(shè)備造成腐蝕。在酸液中加入緩蝕劑被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)高效的防腐方法[1-2]。

席夫堿(Schiff base)是一種含有亞胺或甲亞胺特性基團(tuán)(-RC=N-,如圖1所示)的一類有機(jī)化合物，它主要由胺和活性羰基縮合而成。由于其原料來源廣泛，制備工藝簡單，緩蝕效果顯著，所以常被用作酸洗過程中的緩蝕劑。本文采用苯胺和苯甲醛合成了一種席夫堿緩蝕劑，采用失重法評價了該種緩蝕劑的緩蝕效果，分析了該緩蝕劑對腐蝕反應(yīng)活化能的影響。

圖1　合成反應(yīng)方程式

1　實(shí)　驗

以苯胺和苯甲醛為原料，加熱回流3 h，以乙醇為溶劑重結(jié)晶，制備得到了目標(biāo)產(chǎn)物。按 DLT 523-2007 《化學(xué)清洗緩蝕劑應(yīng)用性能評價指標(biāo)及試驗方法》配制濃度百分比為10%的鹽酸溶液，將A3鋼片分別用400、800、1200 目砂紙打磨，再依次用乙醇、丙酮洗凈，晾干，放入干燥器保存1 h。記錄鋼片初始質(zhì)量m1(g)及面積s(m2)。將鋼片浸入酸液中，在30～60 ℃下恒溫1 h，測定鋼片損失的質(zhì)量。按式(1)和式(2)計算腐蝕速率和緩蝕率：

(1)

(2)

式中：η——緩蝕率

v0——未加緩蝕劑腐蝕速率

v——為加入緩蝕劑后的腐蝕速率

2　結(jié)果與討論

2.1溫度對腐蝕速率和緩蝕率的影響

在緩蝕劑添加量為0.4%，鹽酸濃度為10%，溫度依次為:30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃的水浴中加熱1 h測定了一組和η,如表1 所示。

表1　數(shù)據(jù)結(jié)果Table 1　Results of data

圖2　不同溫度對緩蝕性能的影響(0.4%)

從表1和圖 2 可見，未加緩蝕劑時的腐蝕速率曲線隨著溫度的升高而直線上升，測得30～60 ℃腐蝕速率從34.01 g·m-2·h-1升至221.05 g·m-2·h-1，加入0.4%的緩蝕劑后，測得速率從2.89 g·m-2·h-1升至135.28 g·m-2·h-1在所研究的溫度范圍內(nèi)，加入緩蝕劑的酸液對鋼片的腐蝕速率均小于未加緩蝕劑的體系。隨著溫度的上升，無論是空白酸液和加入緩蝕劑的酸液中，腐蝕速率都將隨著溫度的升高而上升。但加入緩蝕劑后，這種上升的趨勢變得更為緩慢。這表明苯甲醛縮苯胺能在一定程度上抑制溫度對腐蝕速率的影響。

2.2緩蝕劑濃度對腐蝕速率和緩蝕率的影響

在溫度為 30 ℃，酸液濃度10%，緩蝕劑的用量為0.02、0.05、0.1、0.2、0.4，反應(yīng)1 h后鋼片的失重量測試結(jié)果如表2、圖3所示。

從表 2中看出緩蝕劑濃度分別為0～0.4的腐蝕速率從34.01 g·m-2·h-1降低至2.89 g·m-2·h-1。結(jié)合圖3可得出，當(dāng)提高緩蝕劑濃度時，腐蝕速率顯著降低，緩蝕率顯著提高。并且可看出隨著緩蝕劑用量加大，腐蝕速率和緩蝕率趨于平緩，說明在反應(yīng)條件下緩蝕劑在鋼片表面的吸附已漸趨飽和。當(dāng)緩蝕劑濃度為0.4% 時，緩蝕率可達(dá)92%。

表2　數(shù)據(jù)結(jié)果Table 2　Results of data

圖3　不同緩蝕劑濃度對緩蝕率的影響(30 ℃)

2.3緩蝕劑對腐蝕反應(yīng)活化能的影響

一般認(rèn)為，腐蝕反應(yīng)可以用式(3)所示的Arrhenius方程來描述：

v=Aexp(-Ea/RT)

(3)

式中:v——腐蝕速率

A——指前因子

Ea——表觀活化能

R——摩爾氣體常量

T——熱力學(xué)溫度

將式(3)兩邊取對數(shù)變形得：

(4)

圖4　未加緩蝕劑和加入0.4% 緩蝕劑條件下的 Arrhenius 曲線

指前因子A活化能Ea復(fù)相關(guān)系數(shù)R2空白3.11E+1052.230.9840.4%緩蝕劑2.76E+18103.850.978

結(jié)合圖 4和表 3可得，線性擬合的復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為 0.984 和 0.978，表明用Arrhenius 方程來處理腐蝕反應(yīng)過程是合理的。經(jīng)計算，對比可看出，加入緩蝕劑后鋼片的腐蝕反應(yīng)需克服較高的能壘，有效的降低了化學(xué)反應(yīng)速率，起到了較好的緩蝕效果。

3　結(jié)　論

(1) 制備得到的苯甲醛縮苯胺在酸度為10%HCL對A3鋼片有較好的緩蝕效果，當(dāng)溫度為30 ℃、緩蝕劑濃度為0.4%時，緩蝕率可達(dá)到91.51%。

(2)與未加緩蝕劑相比，當(dāng)酸液中緩蝕劑濃度為0.4%時，腐蝕反應(yīng)活化能從52.23 kJ/mol 提高到 103.85 kJ/mol，較好地抑制了腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

[1]詹世平. 鍋爐的化學(xué)清洗[J]. 清洗世界,1999(04):16-18.

[2]雷鴻毅,董元彥,王保成,等.鋼在濃鹽酸中的腐蝕和某些緩蝕劑作用機(jī)理探討[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報,1983(02):85-96.

[3]陳玉紅,王慶飛,崔敏,等. 席夫堿應(yīng)用研究新進(jìn)展[J].河北師范大學(xué)學(xué)報,2003(01):71-74.

[4]國家發(fā)展改革委辦公廳.DL/T 523-2007.中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國電力出版社,2007.

[5]胡英．物理化學(xué)[M]．北京:高等教育出版社,2007:51-85.

[6]劉俊吉,周亞平,李松林.物理化學(xué).5版[M].北京:高等教育出版社,2009:529-534.

Inhibition Action of Benzalaniline for A3 Steel in Acid Medium*

WANG Jia-hui, ZHOU Dong-kui, WAN Xiao-kang, RUAN Hang

(College of Technology and Engineering, Yangtze University, Hubei Jingzhou 434020, China)

The inhibition actions of benzalaniline in different concentrations of hydrochloric acid medium and in different temperature were studied by weight-loss. Results showed that benzalaniline was a good inhibitor. Active energy on corrosion reaction was increased from 52.23 kJ/mol to 103.85 kJ/mol with benzalaniline. As temperature went up, the corrosion inhibitor can be suppressed with the influence of temperature on the corrosion rate to a certain extent. With the increase of the concentration of the corrosion inhibitor, the corrosion rate decreased significantly, the corrosion rate increased significantly, but eventually, the corrosion rate of mild erosion rate was leveling off, as corrosion inhibitor dosage increased.

schiff base; weight loss; hydrochloric acid; corrosion inhibition

長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(15d0601)。

王家輝(1994-)，男，高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生。

TG174.42

A

1001-9677(2016)014-0078-03