化学、化工、应化、制药、材料专业通用、本科优秀毕业论文.doc

本科毕业论文（设计）( 2013 届 ) 题 目： 十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备及对 铸铁的缓蚀性能的研究 学 院： 化学化工学院 专 业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称（学位）： 合作导师： 职称（学位）： 完成时间： 年 月 日 成 绩： 黄山学院教务处制学位论文原创性声明兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文而产生的权利和责任。声明人（签名）： 年 月 日目 录摘要5Abstract61 引言71.1 金属腐蚀的防治方法71.2 缓蚀剂的概述71.2.1 缓蚀剂研究状况与发展方向71.2.2 缓蚀剂的分类81.3 咪唑啉型缓蚀剂的概况91.3.1 咪唑啉型缓蚀剂的作用机理91.3.2 咪唑啉型缓蚀剂的合成101.4 本文的目的112 实验部分122.1 实验仪器122.2 实验药品122.3 缓蚀剂缓蚀性能测试122.3.1 测十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的固含量122.3.2 测十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的稳定性122.3.3 测十缓蚀剂缓蚀性能的方法122.3.4 测十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂对铸铁的缓蚀性能143 实验结果分析及讨论153.1 缓蚀剂固含量的测定和稳定性的判断153.2 失重法测定缓蚀剂的缓蚀性能153.3 塔菲尔曲线外推法测定缓蚀剂的缓蚀性能173.4 结论21参考文献23致谢2425十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备及对铸铁的缓蚀性能的影响摘要：缓蚀剂是一种可以减缓甚至防止金属腐蚀的化学物质或者是几种化学物质的混合物。近年来，咪唑啉类缓蚀剂因拥有简单的制备方法，易得的原料，高效低毒以及缓释效果好等优点成为研究的热点并广泛应用于化学工业中。本文选用咪唑啉类缓蚀剂中的一种（即样品固含量假定为70%的十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂）进行实验，利用该种缓蚀剂为原料配制两种研究用的缓蚀剂，一种是加蒸馏水稀释使该缓蚀剂的固含量降至20%，另一种是将十七烯基咪唑啉季铵盐样品与蒸馏水、KSCN、硫脲按照一定比例进行复配，通过利用失重法和塔菲尔曲线分别研究了两种缓蚀剂在10% HCl、10% H2SO4、10% HNO3 三种酸溶液中对铸铁的缓蚀效果。实验结果表明：两种缓蚀剂在三种酸中的缓蚀率开始时随着缓蚀剂浓度的增加而增大，但当缓蚀剂浓度达到一定值后，缓蚀率趋向于稳定。在两种缓蚀剂中后者即复配的缓蚀剂的缓蚀性能比前者强。通过对实验数据的分析，两种缓蚀剂在铸铁挂片表面吸附满足Langmuir吸附。关键词：十七烯基咪唑啉季铵盐；铸铁；失重法；塔菲尔曲线；缓蚀剂Preparation Heptadecenyl Imidazoline Quaternary Ammonium Salt Inhibitor and the Corrosion Performance of Cast IronAbstract：The corrosion inhibitor is a way to slow down or even prevent metal corrosion Che-mical substance or mixture of several chemicals. In recent years, Imidazoline Inhibitor simple prepa-ration method readily available raw materials, high efficiency and low toxicity, and sustained release effect, etc. become a hot topic and is widely used in the chemical industry. This selection of Imidazoline Inhibitor (sample solids content is assumed to be 70%heptadece-nyl Imidazoline Quaternary Ammonium Salt of corrosion inhibitor) experiments, the inhibitor as raw material to the preparation of two researchInhibitor A is diluted with distilled water so that the corro-sion inhibitor on the solid content was reduced to 20%, and another is the heptadecenyl Imidazoline Quaternary Ammonium Salt sample with distilled water, KSCN, thiourea according to a certain proporti-oncomplex, studied two types of corrosion inhibitor in cast iron corrosion inhibiting effect of 10% HCl, 10% H2SO4, 10% HNO3 three acid solution through the use of weight loss and Tafel curve. Ex-perimental results show that: the two types of corrosion inhibitor in the three acid corrosion rate beg-an to increase with increasing inhibitor concentration, but when the inhibitor concentration reaches a certain value, the corrosion rate tends to be stable. The latter two inhibitor complex corrosion inhibi-tor performance than the former. Through the analysis of experimental data, the two inhibitor meet the Langmuir adsorption in the surface of the cast iron hanging.Key Words：heptadecenyl imidazoline quaternary ammonium salt；cast iron；weightlessness law；tafel curve；inhibitor1 引言金属腐蚀是金属材料受到周围介质作用而遭到损坏。金属腐蚀形态中最常见的是金属的锈蚀。在金属的腐蚀时，金属界面上会发生与化学或电化学相关的多相反应，这样会金属转为离子状态，从而明显降低金属材料的力学性能如强度、韧性、塑性等，电学和光学等物理性能也会恶化，造成金属设备使用年限缩短，严重时更会引起火灾、爆炸等事故。1975年美国由金属腐蚀引起的经济损失达700亿美元，在当年国民经济生产总值中占4.2%。据统计1，每年世界各发达国家因金属腐蚀造成的经济损失大约占其国民生产总值3.54.2，每年全世界由于腐蚀而损耗的金属约为1亿吨，因金属腐蚀引起的事故造成停产、停电等间接地损失就更加无法计算。为了减少损失，降低事故发生的可能性，找到有效的金属腐蚀防治方法是非常有必要的2。1.1 金属腐蚀的防治方法要想找到金属腐蚀的防治方法，首先要了解金属腐蚀的本质。金属腐蚀的本质是在腐蚀过程中金属发生化学变化即金属单质被氧化形成金属氧化物。金属腐蚀一般通过化学腐蚀和电化学腐蚀两种方式进行。防治金属腐蚀的方法有很多，主要有电化学保护，改变金属本质或者对金属表面进行处理以及改善腐蚀环境等方法。 （1）电化学保护法。根据电化学原理对金属设备采取措施，使其成为腐蚀电池中的阴极，从而减轻金属腐蚀的方法。主要有牺牲阳极保护法和外加电流法以及电化学刻蚀、等离子体刻蚀新技术。 （2）改善金属的本质。根据用途的不同选择不同的材料组成耐腐蚀的合金，或者直接在金属中添加合金元素，提高耐蚀性，达到减缓或防止金属腐蚀的目标。 （3）对金属表面进行处理。这种方法对防止金属腐蚀非常有效，通过在金属表面覆盖保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔离开来。工业上是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的，保护层材料可以分为金属和非金属两大类。 （4）改善腐蚀环境。改善环境也是减少和防止腐蚀的有效方法。通过降低腐蚀介质浓度，去除介质中的氧，选择适宜的环境温度、湿度等都能减少和防止金属的腐蚀。也可以在腐蚀介质中添加缓蚀剂来减少和防止金属腐蚀。1.2 缓蚀剂的概述缓蚀剂是一种可以减缓甚至防止金属腐蚀的化学物质或者是几种化学物质的混合物。近年来，咪唑啉类缓蚀剂因拥有简单的制备方法，易得的原料，高效低毒以及缓释效果好等优点成为研究的热点并广泛应用于大气环境，石油化工的生产和加工，工业用水等过程。 1.2.1 缓蚀剂研究状况与发展方向伴随着科学技术的不断发展，缓蚀剂的种类质量也在不断进步。从20世纪30年代以前到80年代中期，缓蚀剂的种类从只有百余种3到仅用于酸性介质中缓蚀剂种类就已经超过5000余种4。这种发展速度远远超过其他化学助剂和添加剂。金属酸洗及酸洗缓蚀剂的运用发展出现了缓蚀剂。在工业上推广于19世纪中期。在二战时期，缓蚀剂只对钢铁类金属具备缓蚀性能，对于其他多类非铁金属还有一定的腐蚀作用。当时的缓蚀剂有乌洛托品，氨水等，仅仅含有一个缓蚀基团。多功能通用型缓蚀剂在20世纪60年代初研究成功，如三氮唑系列化合物、巯基苯丙噻唑（MBT）等缓蚀剂，它们具有两个或者更多的缓蚀基团，实验结果表明，这些基团对铜、铁、银、锌、镉等金属的缓蚀性能良好。目前在美国、日本等报道的缓蚀剂中，通用型多功能缓蚀剂约占1/35。科技的发展不仅带来了生活的便利，还带来了环境的问题。为了保护环境，实现可持续发展，开发无污染低公害的缓蚀剂已经成为新的目标。低毒高效的缓蚀剂自20世纪90年代末以来取得良好的发展。我国的科学工作者也进行了大量工作，如许涛6等从茶叶、果皮等植物中提取出来了缓蚀剂的有效成分，具有综合利用，变废为宝，低污染或无污染等优秀特点。近年来，合成技术不断发展并常常应用于生活生产中。根据缓蚀剂中有效分子结构通过控制聚合度合成了许多具有低毒，多个缓蚀基团，高效等特点低聚物缓蚀剂。如冯辉霞7等成功合成了一系列对A3钢具有优良缓蚀性能的苯胺缩聚物。含O，S，N，P等原子的杂环型缓蚀剂具备高效，功能多，适宜性强，毒性低等优点，一般其既能抑制阳极反应，又能抑制阴极反应，属于混合型缓蚀剂。如高立新、张大全等人合成的4-（N,N二环己基）-胺甲基吗啉（DCHAM）不仅对铁具有优良的防锈能力，对铜等有色金属也有较好的缓蚀性能。巯基苯丙噻唑(MBT) 、巯基苯并咪唑在 pH 值变化范围内很稳定, 对铜及铜合金的防腐蚀能力非常优秀，而且还能保护碳钢产品8。 从进入21世纪以来，人们的环保意识逐渐增强，全世界已达成可持续发展的共识。开发和应用缓蚀剂取得了较大的发展，并且限制和禁止使用一些有害的缓蚀剂如汞盐、锡酸盐、砷酸盐、铬酸盐等。磷酸盐虽然是一类较好的阻垢缓蚀剂，但其易引起水体的富营养化形成赤潮。因而未来缓蚀剂研究方向是无毒高效的缓蚀剂。结合目前的研究热点来看，大概有以下几个方向：从动植物中提取有效成分开发新型缓蚀剂；利用合成法合成高效的环境友好型缓蚀剂；通过复配得到新的缓蚀剂配方，研究出更合理更准确的缓蚀剂性能评价测试方法。 1.2.2 缓蚀剂的分类 缓蚀剂有很多种分类方法，主要有按化学组成分分类，按电化学作用机理分类和按成膜机理分类。按化学组成分分类一般可以将缓蚀剂分为有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。有机缓蚀剂基本上是各类有机物质，如咪唑啉类化合物，杂环化合物，醛类，季铵盐，胺类等。这类缓蚀剂的缓蚀机理是有机物质发生化学吸附或者物理吸附，覆盖金属表面或者活性部位，达到抑制金属的电化学腐蚀的作用。无机缓蚀剂大部分是无机盐，常用的有亚砷酸盐、硫化物、硅酸盐、钼酸盐、聚磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、铬酸盐、重铬酸盐等。其缓蚀机理是金属和缓蚀剂发生反应，使金属表面钝化或者形成致密的保护膜，抑制了金属的腐蚀过程。根据缓蚀剂在介质中对阴阳极反应的抑制情况可将缓蚀剂分为阴极型缓蚀剂，阳极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂三种。阴极型缓蚀剂通过抑制金属腐蚀的阴极过程，减小腐蚀电流，腐蚀电位移向负方向。阳极型缓蚀剂则是抑制金属腐蚀的阳极过程，使腐蚀电流密度降低，腐蚀电位移向正方向。需要注意的是，当两种缓蚀剂用量不足时，阴极缓蚀剂只是缓蚀性能降低，而阳极缓蚀剂会加快金属的腐蚀。混合型缓蚀剂即对阴极过程有抑制作用，对阳极反应也有抑制作用。其腐蚀电位变化不大，但腐蚀电流密度会降低。按成膜机理分类可把缓蚀剂分为吸附膜型缓蚀剂，氧化膜型缓蚀剂和沉淀膜型缓蚀剂。顾名思义，吸附膜型缓蚀剂通过吸附作用在金属表面形成一层保护膜，抑制腐蚀反应的进行，降低腐蚀速度9。氧化物型缓蚀剂属于阳极缓蚀剂，以缓蚀剂本身或者介质中溶解的氧作为氧化剂，使金属表面形成一层致密的氧化物保护膜，阻滞金属的腐蚀。沉淀膜型缓蚀剂是由于缓蚀剂间或者缓蚀剂与金属表面离子发生化学反应形成一种保护膜，其防腐蚀性比氧化膜型缓蚀剂要差，而且通常与消垢剂一起使用。1.3 咪唑啉型缓蚀剂的概况含有两个氮原子的五元杂环化合物称为咪唑啉。咪唑啉的母体结构是咪唑，如图1-1所示，二氢代咪唑则被称作咪唑啉，见图1-2。咪唑啉型缓蚀剂一般由一个含氮的五元杂环，杂环上与N成键且含有官能团（如酰胺官能团，胺基官能团，羟基等）的支链R1和含有不同碳链的支链R2，如图1-3所示。 图1-1 咪唑 图1-2 咪唑啉 图1-3 咪唑啉型缓蚀剂 1.3.1 咪唑啉型缓蚀剂的作用机理 咪唑啉缓蚀剂热稳定性好，毒性低，具有优良的缓蚀性能，在石油，天然气等工业生产中得到广泛应用10。在国际上，对于咪唑啉缓蚀剂的研究取得较好的成绩，已经大规模的应用到很多工业生产中。我国开发研究咪唑啉型缓蚀剂才刚刚开始不久，还处于起步阶段。与咪唑啉型缓蚀剂在化工生产中的广泛应用相比，关于咪唑啉型缓蚀剂的作用机理的研究还存在很多不足之处，缓蚀剂对金属的缓蚀机理涉及到分子界面吸附、阻化效应、基团覆盖效应、氢键缔合效应及化学键合等多个方面。其中，咪唑啉型缓蚀剂的作用机理还处于初步探讨的阶段，还未形成一套完整的理论。例如，Wang11等使用量子化学方法研究了取代基对咪唑啉衍生物缓蚀性能的影响，认为 R1中的官能团部分起重要作用，而Edwards12则认为 R1中的官能团部分对改善咪唑啉的缓蚀性能没有任何作用；Jovanucevic等的研究表明具有长链C8-C20的部分对咪唑啉的缓蚀性能至关重要，而 Ramachandran等认为长链部分没有作用。对于咪唑啉型缓蚀剂，若想测试其缓蚀性能，则可以从其在水中的溶解性，形成的膜的稳定性和厚度以及膜形成过程中R1中的官能团和R2的作用强度来判断。 1.3.2 咪唑啉型缓蚀剂的合成咪唑啉型缓蚀剂的合成大致上可以分为合成咪唑啉中间体和咪唑啉的季铵化两步。咪唑啉表面活性剂的合成过程属于缩聚反应，合成路线为：首先脂肪酸和多胺反应生成咪唑啉中间体，见反应式1-4,；其次将咪唑啉中间体与一定量的季铵化试剂发生季铵化反应，反应式1-5中季铵化试剂为氯乙酸钠。 图1-4 图1-5 在合成咪唑啉中间体的过程中，上述反应是主反应，此外还存在着副反应如下1-6： 图1-6在三种副产物中，（a）和（b）可以发生季铵化反应，而（c）二酰胺不能与季铵化试剂发生反应，故将产物中二酰胺的产量来衡量咪唑啉的质量。咪唑啉的合成过程非常复杂，在反应过程中必须合理控制反应的投料比，反应时间，体系的温度和真空度才能得到较高的产率。我国对制备咪唑啉的研究相对较晚。孙立诚13以十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、油酸、蓖麻油酸和芥酸等为原料,与HEED反应合成了8种咪唑啉中间体,运用IR(红外光谱)、MS(质谱)等分析方法鉴定产品结构,探讨了反应条件与产率的关系。李树安14通过合成了四种咪唑啉探索了咪唑啉结构与表面张力等性能间的关系。傅文娥探索了原料摩尔比、温度、压力、时间对产率的影响。目前常见的咪唑啉型缓蚀剂合成法有常压升温法，真空法和溶剂法三种。相对来说常压升温法操作简便但需要温度高，反应时间长；真空法则需要控制好体系的真空度，真空度过高会使反应不完全，过低则会产生较多的副产物；溶剂法虽然需要的温度不高，反应时间也不长，但会造成环境问题。所以，研究出更好的合成方法势在必行。咪唑啉中间体与季铵化试剂反应的目的是增加咪唑啉的水溶性和稳定性。最常用的阴离子季铵化试剂是氯乙酸钠。常用的引入羧基作阴离子基团的季铵化试剂有:氯乙酸钠、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸等；引入磺酸基则常用:2-轻基-1,3-丙烷磺内酯、3-氯-2-羟基丙磺酸、1,3-丙烷磺内酯；常用磷酸酯卤化物引入磷酸酯基作阴离子基团。1.4 本文的目的经济的增长引起了一系列的环境问题，当今全球达成了保护环境，可持续发展的共识。金属的腐蚀给人们的生产生活带来了巨大的经济损失和间接事故，减缓或防止金属的腐蚀已成为科学工作者研究的重点和热点。咪唑啉型缓蚀剂具有高效低毒，制备简便，应用范围广等优点，合成研究咪唑啉型缓蚀剂并探讨其缓蚀机理具有相当大的意义。本文选用咪唑啉型缓蚀剂中的十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂，并与一定比例的蒸馏水、KSCN、硫脲进行复配。利用失重法和电化学方法中的塔菲尔曲线分别探讨了该种缓蚀剂以及复配的缓蚀剂在10% HCl，10% H2SO4，10% HNO3三种酸中对铸铁的缓蚀性能。结果表明，该种缓蚀剂在酸性介质中对铸铁的缓蚀性能较好，复配的缓蚀剂对铸铁的缓蚀性能更佳。并初步探讨了其吸附模式和缓蚀机理。2 实验部分2.1 实验仪器实验所用挂片：市售铸铁挂片电子天平表2-1 实验仪器名称型号产品厂商电子分析天平FA2104B上海越平科学仪器有限公司恒温水浴锅NH-2K6巩义市予华仪器责任有限公司电化学工作站LK2006A天津市兰力科化学电子高技术有限公司2.2 实验药品表2-2 实验药品 名称等级产品厂商盐酸分析纯西陇化工股份有限公司硫酸分析纯上海振企化学试剂有限公司硝酸分析纯国药集团化学试剂有限公司硫酸氰钾上海市浦化工有限公司硫脲分析纯天津市博迪化工有限公司十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂2.3 缓蚀剂缓蚀性能测试 2.3.1 测十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的固含量由于实验所用的十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的固含量认为是70%，并不是非常精确，则在测该缓蚀剂对铸铁的缓蚀性能前要先确定其固含量。取一洁净干燥的质量为m0小烧杯，称取1g左右的十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂，称取的质量记为m1，将含缓蚀剂的烧杯放入烘箱中2h左右，烘箱温度设定为100,在烧杯中的缓蚀剂水分蒸干后取出烧杯，测量此时烧杯的总质量m2，共测三组。该缓蚀剂中固体的质量为则其固含量为 固含量 （2-1） 2.3.2 测十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的稳定性将适量的十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂溶解在一定量的蒸馏水中，将溶解后的缓蚀剂保留一段时间，观察其是否出现分层现象。若出现分层现象则说明该缓蚀剂稳定性差，未出现分层现象则其稳定性强。 2.3.3 测十缓蚀剂缓蚀性能的方法 2.3.3.1 失重法在实验前，先对铸铁挂片进行打磨烘干处理，如果挂片表面生成铁锈，则还需在酸液中浸泡一段时间出去锈迹，再用蒸馏水清洗几遍后烘干。挂片表面积S为28cm2.。腐蚀前测量挂片重量为m1 g,腐蚀后挂片的重量为m2 g，反应时间为h h。则挂片的腐蚀率(g/h)为 腐蚀率 （2-2） 缓蚀剂对挂片的缓蚀率为 缓蚀率 （2-3） 2.3.3.2 塔菲尔曲线外推法 塔菲尔曲线外推法15是评价缓蚀剂缓蚀效果的主要方法。当具有较大的外加极化电位时，过电位与外加极化电流密度的对数呈线性关系，其斜率即为Tafel常数。腐蚀电流可以从极化曲线的Tafel直线区外推至自腐蚀电位得到。根据空白和加入缓蚀剂时的腐蚀电流可计算出缓蚀剂的缓蚀效率。空白时腐蚀电流密度为I0corr，加入缓蚀剂后的腐蚀电流密度为Icorr，则缓蚀率为 （2-4） 本实验所用的电化学方法是利用塔菲尔曲线来判断缓蚀剂的缓蚀性能。塔菲尔曲线采用LK2006A型电化学工作站进行测定，用铂电极作为对电极，参比电极是用饱和甘汞电极，使用的工作电极是表面积为22的铸铁挂片。塔菲尔曲线参数设置如下表2-3。 表2-3 测塔菲尔曲线时参数设置灵敏度选择10A终止电位-1.50000V(-1.20000V)滤波参数选择10Hz扫描速度0.01000V/s放大倍率1等待时间5s初始电位1.20000V基线选择，iR降补偿关结合失重法测两种缓蚀剂在三种酸溶液中对铸铁挂片的缓蚀情况，对每种缓蚀剂在每种酸溶液中对铸铁的腐蚀以及不加缓蚀剂时每种酸溶液对铸铁的缓蚀做塔菲尔曲线图。测十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂对铸铁挂片腐蚀的塔菲尔曲线时在盐酸，硫酸，硝酸三种酸中加入缓蚀剂的质量分数分别为0.7%，0.7%，0.5%；复配缓蚀剂在三种酸中加入的量分别为0.4%，0.4%，0.15%。本实验中腐蚀铸铁电极的阳极溶解反应，阴极还原反应都遵循Tafel公式，在半对数坐标中极化电位与腐蚀电流的对数呈直线关系，根据这两条直线的斜率将两直线中的任意一条延长至E=Ecorr处就可以求得 LnIcorr，这两条斜率越陡则缓蚀剂的缓蚀性能就越差。 2.3.4 测十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂对铸铁的缓蚀性能 （1） 将固含量为70%的十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂加蒸馏水稀释，配制10g固含量为20%的缓蚀剂，即取2.86g原样品与7.14g蒸馏水混合。放入小试剂瓶中备用。 （2） 利用37% HCl,98% H2SO4,67%HNO3分别配制质量分数为10%的三种酸溶液。现配现用。 （3） 分别选用质量分数恒定为0.5%的缓蚀剂在三种酸溶液中设计进行时间不同的一系列曲率,分别探究三种酸中缓蚀剂的最佳反应时间。实验结果表明，盐酸的最佳时间为4h，但反应4h后挂片重量损失不小，易造成浪费。综合考虑，最后将盐酸的腐蚀时间定为4h，硫酸的腐蚀时间定为2h，硝酸的腐蚀时间定为0.5h。反应温度为25。 （4） 分别测定在温度为25时三种酸在加入的缓蚀剂质量分数分别为0,0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%时铸铁挂片的腐蚀情况，计算出相对应的腐蚀率和缓蚀率。 （5） 称量2.85g十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂与6.20g蒸馏水，0.16gKSCN,0.79g硫脲进行复配，硫脲分为3次加入，持续搅拌至硫脲完全溶解。放入小试剂瓶中备用。 （6） 同理在25时分别测定一系列三种酸在复配的缓蚀剂中铸铁挂片的腐蚀状况，由于复配缓蚀剂缓蚀性能较好，在盐酸和硫酸中加入缓蚀剂的质量分数为0.0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%；在硝酸中加入缓蚀剂的质量分数为0,0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%。并求得相应的腐蚀率和缓蚀率。3 实验结果分析及讨论3.1 缓蚀剂固含量的测定和稳定性的判断表3-1 缓蚀剂固含量测定数据烧杯质量m0缓蚀剂质量m1烧杯总质量m2固含量53.58641.000454.296570.98%56.17840.995456.902372.72%54.75641.002155.473371.54% 表3-1给出了三组测量的十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的固含量测定情况，三组结果都说明缓蚀剂的固含量超过且接近70%，考虑到实验过程中可能出现的误差，故我们可以认定该缓蚀剂的固含量为70%。根据固含量为20%的缓蚀剂在一个多月的时间里都未出现分层现象，可以判断该种缓蚀剂的稳定性强。3.2 失重法测定缓蚀剂的缓蚀性能根据实验得到十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂和复配缓蚀剂在三种酸溶液中对铸铁的缓蚀效果，腐蚀前后失重量，腐蚀率和缓蚀率分别如表3-2至3-7所示。表3-2 25时缓蚀剂在盐酸中对铸铁的缓蚀性能加入缓蚀剂的质量分数腐蚀前后挂片失重（g）腐蚀率（mg/h）缓蚀率00.69626.12680.1%0.20501.830470.12%0.3%0.18281.632173.36%0.5%0.16741.494675.61%0.7%0.16361.460676.16%0.9%0.16291.454576.26%表3-3 25时缓蚀剂在硫酸中对铸铁的缓蚀性能加入缓蚀剂的质量分数腐蚀前后挂片失重（g）腐蚀率（mg/h）缓蚀率00.44787.99640.1%0.10151.812577.33%0.3%0.08671.548280.64%0.5%0.07821.396482.54%0.7%0.07301.303683.70%0.9%0.07241.292883.83%表3-4 25时缓蚀剂在硝酸中对铸铁的缓蚀性能加入缓蚀剂的质量分数腐蚀前后挂片失重（g）腐蚀率（mg/h）缓蚀率00.414629.61430.1%0.06594.707184.11%0.3%0.05503.928686.73%0.5%0.04873.478688.25%0.7%0.04563.257189.00%0.9%0.04493.207189.17%从上表3-2至3-4可知：随着不断增加十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的用量，在三种酸中缓蚀剂对铸铁的缓蚀效果也不断增强，达到一定浓度后保持不变。该缓蚀剂在硝酸中对铸铁的缓蚀性能最强，最佳时缓蚀率接近90%；在盐酸中的缓蚀性能最弱，最高时缓蚀率也未超过80%。根据观察，空白时反应后挂片表面出现明显的腐蚀现象，而加入缓蚀剂时反应前后挂片变化并不明显，尤其是在硝酸中。说明加入缓蚀剂后在硝酸中对铸铁具有较好的缓释效果，在盐酸和硫酸中缓蚀剂对铸铁也有比较不错的缓释效果。表3-5 25时复配缓蚀剂在盐酸中对铸铁的缓蚀性能加入缓蚀剂的质量分数腐蚀前后挂片失重（g）腐蚀率（mg/h）缓蚀率00.69626.12680.1%0.14261.273279.22%0.2%0.12451.111681.86%0.3%0.11190.999183.69%0.4%0.10880.971484.15%0.5%0.10740.958984.35%表3-6 25时复配缓蚀剂在硫酸中对铸铁的缓蚀性能加入缓蚀剂的质量分数腐蚀前后挂片失重（g）腐蚀率（mg/h）缓蚀率00.44787.99640.1%0.06431.148285.64%0.2%0.05480.978687.76%0.3%0.04890.873289.08%0.4%0.04330.773290.33%0.5%0.04240.757190.53%表3-7 25时复配缓蚀剂在硝酸中对铸铁的缓蚀性能加入缓蚀剂的质量分数腐蚀前后挂片失重（g）腐蚀率（mg/h）缓蚀率00.414629.61430.05%0.02021.442895.13%0.10%0.01551.107196.26%0.15%0.01180.842897.15%0.20%0.01340.957196.77%0.25%0.01150.821497.23%从表3-5至3-7可得：在加入复配缓蚀剂浓度低与十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂时，复配的缓蚀剂在三种酸中对铸铁的缓蚀性能比十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂的缓蚀性能强。复配的缓蚀剂对铸铁的缓蚀效果也是随着缓蚀剂浓度的增大而增加的，达到一定值后保持不变。由于实验存在误差，个别数据不符合这一趋势，但这是可能存在的。复配的缓蚀剂在盐酸中对铸铁的缓蚀率就接近85%，在硫酸中缓蚀率达到90%，在硝酸中甚至达到97%.说明复配的缓蚀剂在硝酸中对铸铁的缓蚀性能非常优秀，在盐酸中也有较好的缓蚀能力，能够体现出新型缓蚀剂少量高效的优点。 3.3 塔菲尔曲线外推法测定缓蚀剂的缓蚀性能图3-1至图3-3是在盐酸溶液中空白时，加入十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂以及复配缓蚀剂时对铸铁挂片腐蚀的塔菲尔曲线图。图3-1 空白时在盐酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线图3-2 缓蚀剂质量分数为0.7%时在盐酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线图3-3 复配缓蚀剂质量分数为0.4%时在盐酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线 从上述图中我们明显发现，在空白时铸铁腐蚀的塔菲尔曲线中两直线的斜率最陡，在十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂中直线的斜率次之，说明十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂在盐酸中对铸铁起缓蚀作用，复配的缓蚀剂在盐酸中对铸铁的缓蚀性能更佳。图3-4 空白时在硫酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线图3-5 缓蚀剂质量分数为0.7%时在硫酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线图3-6 复配缓蚀剂质量分数为0.4%时在硫酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线 根据图3-4到3-6分析发现：据极化电位与腐蚀电流的对数呈线性关系而作两直线，其斜率在空白时最陡，加入缓蚀剂时次之，说明在硫酸中复配的缓蚀剂对铸铁的缓蚀性能强于十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂。并且两种缓蚀剂在硫酸中对铸铁的缓蚀效果比其在盐酸中更好，即在硫酸中两种缓蚀剂发挥跟强的缓蚀能力。图3-7 空白时在硝酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线图3-8 缓蚀剂质量分数为0.5%时在硝酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线图3-9 复配缓蚀剂质量分数为0.15%时在硝酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线 由上面三个塔菲尔曲线图知：在硝酸中两种缓蚀剂都能起到好的缓蚀效果，复合缓蚀剂的缓蚀性能强于十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂。联系两种缓蚀剂在盐酸和硫酸中对铸铁腐蚀的塔菲尔曲线图，在硝酸中对铸铁腐蚀的抑制能力明显强于在另外两种酸溶液中。3.4 结论通过利用失重法和塔菲尔曲线外推法探究了十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂以及复配缓蚀剂在盐酸，硫酸和硝酸中对铸铁的缓蚀性能。研究了反应时间，缓蚀剂的用量对缓蚀剂缓蚀能力的影响。得出以下结论：1、 十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂稳定性强，在盐酸，硫酸中对铸铁有较好的缓蚀能力，在硝酸中对铸铁具有良好的缓蚀性能。2、 利用十七烯基咪唑啉季铵盐缓蚀剂与蒸馏水，KSCN，硫脲进行复配的缓蚀剂在盐酸，硫酸中对铸铁具有不错的缓蚀能力，在硝酸中对铸铁具有优良的缓蚀性能，具有少量高效的优点。参考文献1 Dillon C P. Corrosion in the chemical process. New York: