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表面技术 2024年第6期53卷 123-132页

作者：文家新重庆工业职业技术学院重庆401120

目的碳钢因其优异的性能被广泛应用于工农业中,为解决碳钢在酸性介质中的腐蚀问题。方法以氨基硫脲和咪唑-4-甲醛为原料合成了Schiff碱化合物咪唑-4-甲基亚胺基硫脲(MIT),采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振谱(NMR)及质谱(EI-MS)表征... 详细信息

目的碳钢因其优异的性能被广泛应用于工农业中,为解决碳钢在酸性介质中的腐蚀问题。方法以氨基硫脲和咪唑-4-甲醛为原料合成了Schiff碱化合物咪唑-4-甲基亚胺基硫脲(MIT),采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振谱(NMR)及质谱(EI-MS)表征了其分子结构。将MIT化合物作为H_(2)SO_(4)介质中碳钢的缓蚀剂,分别采用静态失重法、电化学测试及腐蚀形貌分析研究了其在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中对碳钢的缓蚀性能,通过吸附模型、X-射线光电子能谱(XPS)等方法研究了MIT分子在碳钢表面的吸附行为,采用密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟(MD)方法进行了理论计算研究。结果MIT在H_(2)SO_(4)溶液中对碳钢的缓蚀效率随其添加量的增大而提高,随腐蚀环境温度的提高而下降,293 K下其在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中的最佳质量浓度为240 mg/L,对应的缓蚀效率可达95.4%。MIT是一种混合型缓蚀剂,电化学缓蚀机理可解释为“几何覆盖效应”。在碳钢表面的MIT分子吸附属于化学和物理混合吸附(△G_(ads)^(°)=-31.62 kJ/mol,293K),且服从Langmuir吸附定律。结论MIT可有效抑制碳钢在H_(2)SO_(4)溶液中的腐蚀,MIT的合成既为H_(2)SO_(4)溶液中碳钢的腐蚀防护开发了一种有效方法,也为其他酸性介质中碳钢缓蚀剂的开发提供了新思路。

关键词：缓蚀作用硫酸介质咪唑-4-甲基亚胺基硫脲碳钢电化学测试理论计算

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咪唑-4-甲基亚胺基硫脲的合成及其在盐酸介质中对碳钢的缓蚀行为

咪唑-4-甲基亚胺基硫脲的合成及其在盐酸介质中对碳钢的缓蚀行为

引用

第九届海洋材料与腐蚀防护大会暨第三届钢筋混凝土耐久性与...

作者：文家新张欣商波何建新李凌杰重庆工业职业技术学院重庆大学化学化工学院西南技术工程研究所

碳钢价格低廉,来源广泛且加工性能好,被广泛应用于关乎国计民生的各个行业,比如海洋工业、航空航天、化学工业、交通运输、电力电子、建筑业等,具有非常重要的地位。但是碳钢在使用过程中极易遭受环境中酸性腐蚀介质的侵蚀而发生腐蚀现... 详细信息

碳钢价格低廉,来源广泛且加工性能好,被广泛应用于关乎国计民生的各个行业,比如海洋工业、航空航天、化学工业、交通运输、电力电子、建筑业等,具有非常重要的地位。但是碳钢在使用过程中极易遭受环境中酸性腐蚀介质的侵蚀而发生腐蚀现象。千里之堤,毁于蚁穴,众多碳钢设备的使用寿命因腐蚀而大大缩短,这不仅带来巨大的经济损失、严重的环境污染,甚至可能酿成严重的安全事故。添加缓蚀剂是应用广泛的碳钢腐蚀防护方法之一,该方法具有用量小、操作简单、成本低廉、效果显著、通用性强等优点。咪唑是一种杂环分子,其分子中含有电负性较大的N原子和不饱和的双键,具有较强的吸附作用,从而使吸附层增厚,是一类具有广阔应用前景的金属缓蚀剂。但近年来对其的研究应用主要集中于合成材料、药物及人工受体等方面,将其作为缓蚀剂的研究还不多见。因此,本工作以氨基硫脲与咪唑-4-甲醛为主要原料通过一步亲核加成反应合成了一种Schiff碱化合物咪唑-4-甲基亚胺基硫脲（MIT）,通过静态失重法、极化曲线法（PDP）、电化学阻抗谱（EIS）和表面形貌分析研究了其在1.0mol/L HCl溶液中对碳钢的缓蚀行为,通过热力学及动力学分析、紫外-可见光谱分析（UV-vis）、X射线能谱分析（XPS）、量子化学理论计算等方法研究了其在碳钢表面的吸附及其缓蚀机理。研究结果表明,MIT能有效抑制碳钢基体在盐酸介质中的腐蚀行为,且其缓蚀效率随环境温度的升高而下降。298K下,当MIT的浓度为200mg/L时,其缓蚀效率可达到93.7%。MIT的添加显著增大了碳钢腐蚀反应能垒,有效抑制了腐蚀反应活性位点,是一种可同时抑制腐蚀反应阴、阳极过程的混合型缓蚀剂。MIT分子中的N、S原子含有孤对电子,可以与Fe原子的空d轨道形成配位键而在碳钢表面发生化学吸附,MIT主要通过化学和物理混合吸附在碳钢表面成膜而抑制腐蚀过程,其在碳钢表面的吸附遵循Langmuir吸附等温模型(（35）G°=-31.78kJmol,298K),且吸附过程为自发过程。此外,通过密度泛函理论（DFT）获得了一系列量子化学参数,包括最低空分子轨道能量、最高占据分子轨道能量、能隙、Fukui函数和偶极矩等,并采用分子动力学模拟（MD）给出了两种分子在碳钢表面的稳定吸附构型。理论模拟的结果与实验结果呈现良好的一致性,进一步证实了MIT在盐酸介质中对碳钢的腐蚀抑制行为。

关键词：碳钢咪唑-4-甲基亚胺基硫脲 Schiff碱盐酸缓蚀行为

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