表面活性剂对镍和铁的缓蚀作用_刘天晴

面活性剂对镍和铁的缓蚀作用_刘天晴 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 表面活性剂对镍和铁的缓蚀作用_刘天晴 第2卷第2期 1999年5月扬州大学学报 自然科学版 JOURNALOFYANGZHOUUNIVERSITY NATURALSCIENCEEDITIONVol.2No.2May1999 表面活性剂对镍和铁的缓蚀作用 刘天晴 任 谦 郭 荣 (扬州大学理学院化学化工系,扬州,225002)* 摘 要 表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚 (TritonX-100)对Ni、Fe均有缓蚀作用,其缓蚀效率顺序为:CTAB>TritonX-100>SDS.HCl溶液对这 3种典型表面活性剂第一临界胶束浓度均有影响,在1.0mol L-1HCl溶液中,CTAB,SDS,TritonX-100的第一临界胶束浓度分别为1.3×10-5,1.6×10-5,1.0×10-5mol L-1. 关键词 镍;铁;金属腐蚀试验;表面活性剂 中图法分类号 O647.2;TG174.42 为了抑制金属的腐蚀,人们采取了多种方法[1],如合理选用耐腐蚀材料、阴极或阳极保护、金属表面覆盖层、金属进行氧化或磷化处理、应用缓蚀剂等.以表面活性剂为主要成分的缓蚀剂具有高效、低毒、价廉、易于生产等优点,而且清洗后的废液经过处理可用作金属油污—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 清洗剂、除锈剂等.本文作者选择3种典型的表面活性剂作金属的缓蚀剂,研究其对Fe和Ni的缓蚀作用. 1 实验部分 1.1 试剂和仪器 为美国Aldrich公司产品(含量大于CTAB,SDS均为AR,上海试剂厂进口分装,TritonX-100 99%),羧甲基纤维素(CMC)、铁、镍和盐酸均为AR.恒温槽精度为?0.01?,全自动加码电光天平精度为?0.0002g. 1.2 实验方法 将一定量的表面活性剂加入到一定浓度的HCl溶液中,在25?下,测量金属挂片12h的静态腐蚀速度. 2 结果与讨论 2.1 缓蚀效率与HCl溶液浓度的关系 -在25.0?时,测得Ni和Fe在含1.0×10 08mol L-1表面活性剂的HCl溶液中的腐蚀速率.根据0表面活性剂的缓蚀效率f与金属的腐蚀速率的关系:f=(r-r)/r×100%, 式中r0为无缓蚀剂时的腐蚀速率,r为添加缓蚀剂时的腐蚀速率,图1分别给出了Ni和Fe在含1.0×10-8mol L-1表面活性剂的HCl溶液中缓蚀效率与HCl溶液浓度的关系. 从图1可以看出,在HCl溶液中加入少量表面活性剂,对金属有明显的缓蚀作用,且随着HCl溶液浓度的增大,缓蚀效率逐渐减小.这是因为:虽然在HCl溶液中加入的表面活性剂的量很少,但这少量的表面活—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 性剂能吸附在金属表面,从而降低物系的吉布斯自由能,使金属活性降低.同时,表面 *国家自然科学基金资助项目29733110 收稿日期:18 14扬州大学学报 自然科学版第2卷 图1 25?时,表面活性剂的缓蚀效率与HCl溶液浓度的关系 a.Ni; b.Fe 活性剂聚集体在金属表面定向排列,当数量足够多时可形成一层遮盖膜,也阻止了金属的溶解,起到抑制金属腐蚀的作用.在相同条件下,铁的腐蚀速率大于镍的腐蚀速率.CTAB的缓蚀作用较其它表面活性剂明显,这可能是由于阳离子表面活性剂CTAB容易在阴极上吸附的缘故,并且CTAB碳氢链的链长较SDS长,也较易在电极表面吸附,因此缓蚀作用显著. 2.2 表面活性剂浓度对缓蚀效率的影响 将纯Ni、Fe片分别置于含一定量表面活性剂的0.1mol L-1HCl溶液中,测算得表面活性剂对金属的缓蚀效率见图 2. 图2 在25?、1.0mol L-1HCl溶液中,表面活性剂的缓蚀效率与其浓度的关系 a.Ni; b.Fe 图2表明,在1.0mol L-1HCl溶液中,随着表面活性剂浓度的增大,Ni、Fe的腐蚀速率均下降,缓蚀效率均增加.当表面活性剂浓度增大到接近—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 其第一临界胶束浓度时,缓蚀效率随表面活性剂浓度的变化较小,继续增大到一定值时,缓蚀效率几乎不随表面活性剂浓度的变化而变化. 在表面活性剂中加入电解质,能使表面活性剂的临界胶束浓度下降[2],其原因是:1)影响扩散双电层,使双电层厚度减小,胶团易形成,临界胶束浓度降低;2)对于非离子表面活性剂,电解质主要(,;3):,.因此, 第2期刘天晴等:表面活性剂对镍和铁的缓蚀作用15在HCl溶液中,表面活性剂的第一临界胶束浓度要比在纯水中小.在纯水中,SDS,TritonX-100, ×10-3,3.1×10-4,8.9×10-4mol L-1[3,4],而图2中对应的CTAB的第一临界胶束浓度分别为8.0 转折点比这些数值小,分别为1.6×10-5,1.0×10-5,1.3×10-5mol L-1,此值对应于SDS,TritonX-100CTAB在1.0mol LHCl溶液中的第一临界胶束浓度. 当表面活性剂浓度很小时,表面活性剂在溶液中以单体或三三两两的聚集体存在[5],它们在金属表面有一定的吸附,但吸附量较小.吸附在金属表面的表面活性剂分子与溶液中的表面活性剂分子存在动态平衡,不断相互交换.随着表面活性剂浓度的增大,金属表面的表面活性剂分子越来越多,从而减少了金属与电解质溶液的直接接触,阻止了金属的溶解腐蚀,金属的腐蚀速率下降,缓蚀效率增加.当表面活性剂浓度增大到第一临界胶束浓度以上时(由于电解质HCl对表面活性剂的临界胶束浓度有影响,表面活性剂的临界胶束浓度值一般比无外加电解质时要小),溶液中的表面活性剂分子以球状聚集结构存在,表—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 面活性剂在金属表面的吸附量大,吸附层厚,在金属表面层上,表面活性剂与球状胶束聚集体之间存在动态平衡.由于球状液滴扩散系数较单体要小,并且溶液中表面活性剂量的增加主要是增加球状聚集结构的数目,所以表面活性剂对金属的缓蚀效率随其浓度增加而增加的速率明显减小. 从图2还可以看出,在相同条件下,TritonX-100,SDS,CTAB对减缓金属Fe、Ni的腐蚀速率 +的影响顺序为:CTAB>TritonX-100>SDS.CTAB在水中可离解成CTAB和Cl-,具有正电荷的 ++CTAB吸附在金属表面,使金属表面成正电荷,形成双电层结构.一方面,由于静电作用,H在金属 +电极表面的浓度较小,因而使H从金属表面得到电子的能力下降,腐蚀速率减小;另一方面,也由于 双电层的静电作用,阻碍了金属失去电子成正离子而进入溶液中,结果使得在CTAB溶液中,对金属-1的缓蚀效率大于在非离子表面活性剂TritonX-100溶液中的缓蚀效率.而在SDS水溶液中,SDS离解成SDS-和Na+,具有负电性的SDS-吸附在金属表面使其成负电性,由于双电层的静电作用,金属 +表面H浓度较本体溶液中大,故腐蚀速率较大,缓蚀效率较小. 2.3 温度对缓蚀效率的影响 -1将Fe、Ni片分别置于含有0.001mol L-1表面活性剂的0.1mo lLHCl溶液中,测得不同温度 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 下的缓蚀效率如图3所示.由于温度升高后表面活性剂的吸附能 力降低,解吸速率加快,因此金属在酸性溶液中的腐蚀速率加快,表现 为缓蚀效率随温度的升高而下降 . 图3 表面活性剂的缓蚀效率与温度的关系 a.Fe; b.Ni 16扬州大学学报 自然科学版第2卷3 参考文献 1 傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学.第4版.北京:高等教育出版 社,1994.679,689 2 赵国玺.表面活性剂物理化学.北京:北京大学出版 社,1992.231,269 3 刘天晴,郭 荣,于卫里.SDS和CTAB水溶液中胶束扩散系数及 第一、第二CMC测定.物理化学学报,1996,12(4):15 4 LiuTianqing,GuoRong,YuWeili.DeterminationofthediffusioncoefficientforS DSmicelleandtheeffectofethanolbycyclicvoltammetry.JDispSciandTech,19 96,17(5):509 5 GuoRong,LiuTianqing.StructurepropertiesforSDS/n-C4H9OH/H2Osystem. JDispSciandTech,1999,20 (3):216 EFFECTOFSURFACTANTSONTHEPROTECTING —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ CORROSIONFORNiANDFe GuoRongLiuTianqing RenQian (DeptofChemandChemEngin,CollofSci,YangzhouUniv,Yangzhou,225002) ThreesurfactantscanprotectthecorrosionforNiandFe.TheorderofefficiencyofAbstract theprotectingcorrosionisCTAB>TritonX-100>SDS.TherelationshipoftheefficiencywithHClconcentrationshowstheeffectofHClonthecriticmicellarconcentrationofthesurfactants.The ×10-5,1.6×10-5,1.0×firstcriticmicellarconcentrationofCTAB,SDSandTritonX-100is1.3 10-5mol L-1in1.0mol L-1HCl,respectively. Keywords nickel;iron;metalcorrosiontest;surfactants (本文责任编辑 时 光) (上接第8面) 2 参考文献 1 ColbyRR.Flatinjectivemodules.JAlg,1975,35:239,252 2 林子炳.同调代数.长春:东北师范大学出版社,1991 SOMEREMARKSONINJECTIVEMODULES(?) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ WeiJunchao (DeptofMath,CollofSci,YangzhouUniv,Yangzhou,225002) :Abstract Usingthepropertiesofinjectivemodules,thefollowingmainresultsareshowed 1)IfallsubmodulesofeveryinjectiveR-moduleareinjectivemodules,thenRisahereditaryring; 2)IfallcyclicleftR-modulesareprojective,thenRisasemisimplering;3)Everysubmoduleofflatmoduleoverahereditaryisflat. Keywords injectivemodules;lefthereditaryrings;flatmodules( 光) ——————————————————————————————————————