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氨基磺酸溶液中苯扎溴铵对锌的缓蚀作用及吸附热力学研究

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氨基磺酸溶液中苯扎溴铵对锌的缓蚀作用及吸附热力学研究氨基磺酸溶液中苯扎溴铵对锌的缓蚀作用及吸附热力学研究 氨基磺酸溶液中苯扎溴铵对锌的缓蚀作用 及吸附热力学研究 氨基磺酸溶液中苯扎溴铵 对锌的缓蚀作用及 吸附热力学研究 杨婷,刘新刚z宋宏瑜,刘明嫡,焦庆祝' (1.辽宁师范大学化学化工学院辽宁大连116029) (2,辽河油田曙光采油厂采油七区辽宁盘锦124109) 【摘要】采用失重法研究了不同温度下不同浓度的苯扎溴铵在5%的氨基磺酸介质 中对锌的缓蚀和吸附作用.实验结果表明,在5%的氨基磺酸介质中苯扎溴铵对锌 的腐蚀有良好的抑制作用,低浓度时随苯扎溴铵浓度增...
氨基磺酸溶液中苯扎溴铵对锌的缓蚀作用及吸附热力学研究
氨基磺酸溶液中苯扎溴铵对锌的缓蚀作用及吸附热力学研究 氨基磺酸溶液中苯扎溴铵对锌的缓蚀作用 及吸附热力学研究 氨基磺酸溶液中苯扎溴铵 对锌的缓蚀作用及 吸附热力学研究 杨婷,刘新刚z宋宏瑜,刘明嫡,焦庆祝' (1.辽宁师范大学化学化工学院辽宁大连116029) (2,辽河油田曙光采油厂采油七区辽宁盘锦124109) 【摘要】采用失重法研究了不同温度下不同浓度的苯扎溴铵在5%的氨基磺酸介质 中对锌的缓蚀和吸附作用.实验结果表明,在5%的氨基磺酸介质中苯扎溴铵对锌 的腐蚀有良好的抑制作用,低浓度时随苯扎溴铵浓度增大缓蚀作用加强,当其含量 达到一定浓度后,缓蚀作用基本保持不变.据结构理论苯扎溴铵在锌表面上的 吸附是产生缓蚀作用的重要原因,苯扎溴铵在锌表面的吸附规律fl~Ak.Langmuir 等温 式.用Sekine方法处理实验数据,获得了一系列相关热力学参数. 【关键词】氨基磺酸苯扎溴铵锌缓蚀吸附 锌是一种有着广泛工业应用 的有色金属.一般情况下,在大 气,淡水及其他中性介质中,锌具 有较高的稳定性,故被广泛作为 钢铁等设备的保护性覆膜材质. 但在保护设备免受腐蚀的同时,其 表面常被积垢覆盖,给生产带来很 多不利,因此需要及时对设备的积 垢进行清洗.在目前镀锌设备化 学清洗中,氨基磺酸是常见的清 洗剂.氨基磺酸是一元固体无机 强酸,易于运输,操作安全,反应 产物易溶于水f11.然而,在氨基磺 酸清洗镀锌设备过程中锌会受到 严重腐蚀,致使镀锌层部分破坏 或完全脱落.向氨基磺酸介质中 添加有效缓蚀剂,抑制介质对锌 的腐蚀是一种简便易行的方法. 表面活性剂类缓蚀剂是一类典型 的吸附型缓蚀剂,尤其是阳离子表 面活性剂,由于其缓蚀效率高且协 同作用好而越来越受到重视f2】.阳 离子表面活性剂在硫酸介质中对 锌以及在盐酸溶液中对铝的吸附 及缓蚀作用已有少量报导,但阳 离子表面活性剂在氨基磺酸溶液 中对锌的吸附及缓蚀作用目前尚 未见报导. 本文采用失重法研究了苯扎 溴铵对锌在5%氨基磺酸溶液中的 缓蚀及吸附作用,并获得了重要 的基础数据. 200..08.石油和化工设-f47 1实验部分 馕醣 1.1试剂与仪器 纯锌,质量分数大于99.9%;氨 基磺酸,苯扎溴铵均为分析纯. BS210S型电子天DGL22001 型电热鼓风干燥箱;MP21A型金相 试样预磨机. 1.2实验方法 将两片30minx20minx0.2min 纯锌试片用600#,800#的砂纸打磨 至表面光滑,用蒸馏水冲洗后,用 无水乙醇和丙酮脱脂处理,干燥后 用分析天平精确称重.分别在30%, 40?,50?,60?下,将两试片悬 于50ml含有不同浓度苯扎溴铵的 5%的氨基磺酸溶液中,反应2h后 取出锌试片,用蒸馏水冲洗后,用 无水乙醇和丙酮处理,用电吹风 吹干,精确称重.取反应前后试片 的质量差平均值为不同实验条件 下锌试片的失重量.作出失重量 ?w,苯扎溴铵浓度C曲线,按 Sekine[5]方法进行处理. 2结果与讨论 2.1锌的失重情况 根据实验数据作出不同温度 下的?w,C曲线(图1o由图 1可见,在5%氨基磺酸溶液中,不 同温度下,随着苯扎溴铵浓度的 增加,失重量逐渐变小,即腐蚀 速率逐渐变小.当苯扎溴铵的浓 度增大到一定值以后?w,C曲 线趋于水平,缓蚀作用基本保持 不变. 2.2苯扎溴铵的吸附作用 假设缓蚀作用是由于缓蚀剂 分子被吸附在锌表面上引起的, 48l5HMIRT~|I2008.08 则当苯扎溴铵浓度从0增大到一定 值时,锌试片失重量?w逐渐减小 到最低恒定值,缓蚀作用逐渐增 强,苯扎溴铵分子逐步吸附在锌 表面,最终达到饱和单分子层吸 附,覆盖度0趋于1,有效的保护 了锌片.由此可定义:0=(?Wn 一 ?W)/(?W0一?W) 式中,?w为未加苯扎溴铵 时的失重量,?w为某浓度苯扎溴 铵时的失重量,?wm为最小失重 量. 假设苯扎溴铵分子在锌表面 的吸附规律服从Langmuir等温式. 即有: 0=Ka/(1+Ka) 式中,K为吸附作用的热力学 平衡常数,也称为吸附系数;a为 苯扎溴铵的活度.因苯扎溴铵的 浓度很低,a—C,上式可写为: 0=KC/(I+KC) 改写为:C/0=1/K+C 若以上假设成立,C/0与C应 为线性关系,斜率为1,截距为1/K. 但是锌在氨基磺酸溶液中的失重 量不仅仅与苯扎溴铵在锌表面的 吸附有关,还可能受到锌的表面 状态,腐蚀电位,发生多层吸附等 其他复杂因素的影响,因此以失 重量计算覆盖度0并不能真正反 映苯扎溴铵在锌表面的吸附情况, 应加入校正因子进行校正,改写 为: ,0=KC/(I+KC, 则有:C/0=,/K+,C 这样c/0与c仍呈直线关系, 但斜率为,'截距为f/K,可将斜率 为1和偏离1的情况包括在内,更 为客观准确. 计算各实验温度下不同苯扎 溴铵浓度时的0,并作c/0,C曲 线,可分别得到4条相关系数在0.99 以上的直线(如图2),说明氨基磺 酸溶液中苯扎溴铵在锌表面的吸 附基本符合Langmuir吸附规律. 根据C/0=f/K+,C对图2 进行数据处理,并由 (?一?w)/?WoX100%计 算出不同温度下的缓蚀率,结果 见表1. 由图2和表1可知,在30cc, 60~C下,C/0,C均为直线,说明 此温度范围内苯扎溴铵在锌表面 的吸附符合Langmuir吸附方程,当 苯扎溴铵浓度增加到临界胶束浓度 CMC时,分子在锌表面形成饱和单 分子吸附层,从而使缓蚀效率达到 最高.苯扎溴铵分子结构如下: 苯扎溴铵在锌表面吸附可能 发生在两个部位,一是苯扎溴铵 分子中芳环上大耵键电子云能够 提供电子与锌原子或离子的价层 空轨道形成配位键,二是苯扎溴 吸附系数K 温度(?)相关系数R截距f/K斜率f缓蚀率(%) /(X10L?mol) 3009997187720959719659965 400999729.4540963612589945 500.997342990097718749859 600.998058879093916139784 T(K)?(kJ?mol)?G.(kJ?mol)?S.(J?mol,?k) 30315-2493-2418 31315-2458-2452 — 3226 32315-2437-2442 33315-24.15-2434 铵分子中带正电荷的氮原子与锌 产生静电作用,即在锌表面同时 存在化学吸附和物理吸附.同 时在氨基磺酸介质中,带负电荷 的Br一离子软度较大,与大阳离 子有机基团之间也会产生良好 的协同效应.根据Langmiur理论 可知,K值随温度的增加呈下降 趋势,说明苯扎溴铵与锌表面的 吸附力下降.其原因可能是苯扎 溴铵在锌表面吸附是放热过程, 温度升高时有利于苯扎溴铵脱 附,所以吸附力降低,缓蚀作用 下降. .08.08.石油和化工设备j49 r 一 馕陵 2.3吸附过程重要的热力学函数增 量 在本实验温度范围内,可用 Van'tHoff方程表示吸附系数K与 温度之间的关系: lnK=一AH0/RT+B 式中?H为吸附热,B为常数, 因此由表1数据求出InK并对1/T作 图,应得到一条直线.我们将数据 处理后做出InK一1/T曲线,得一 条直线,相关系数r=0.9965.从斜 率m求得Ano=一mR=一32.26kJ/tool, 表明吸附过程是放热的,温度升高不 利于苯扎溴铵在锌表面的吸附,因而 缓蚀率随之降低. 列于吸附过程,由?GO=-RTInK 可计算出?Go.再根据吉姆斯一亥 姆霍兹方程?G.=?H.一T?s.求 出吸附过程的ASo,结果见表2. 由表2可见,氨基磺酸介质中 苯扎溴铵在锌表面的吸附热?Ho<0, 在所研究的温度范围内是放热过 程.?H.达到一32.26l<J/mol,可见 锌表面的苯扎溴铵吸附介于物理 吸附和化学吸附之间,表明在锌 表面确实形成了锌与苯扎溴铵的 弱配合物,同时存在静电作用. AGo<0,表明吸附过程是自发的. 随着温度升高,?Go增大,缓蚀剂 的吸附能力下降,缓蚀效率降低. 吸附过程中熵值变化由两方面决 定:一方面缓蚀剂分子有序排列, 使熵值减小;另一方面锌表面水 分子被挤走,混乱度增大,使熵值 增加.苯扎溴铵在锌表面吸附过 程?so<0,熵值减小,表明苯扎溴 铵在锌表面有序排列对熵值贡献 起主要作用l7l. 3结论 (1)苯扎溴铵在锌表面的吸附 符合Langmuir等温方程,苯扎溴铵在 锌表面形成了单分子吸附层,隔离了 锌与氨基磺酸溶液,起到了缓蚀作 用. (2)吸附过程的AGo<0,苯扎 溴铵在锌表面的吸附过程可以自 发进行,且随温度升高,?G0升高, 吸附作用降低.?so<0,表示随着 缓蚀过程的进行,体系进入更为 有序状态.过程AHo<0,为放热过 程,温度升高不利于缓蚀剂吸附, 缓蚀作用下降.幽 …窦照英.实用化学清洗技术【M】.北京:化学工业出版社,1998. 【2]2王毅红,吴有刚.土酸溶液中十六烷基三甲基溴化铵对锌的缓蚀作用及吸附 热力学研究【J].六盘水师范高等专科学院学校,2007,19(3):22—24 【3】木冠南,李琳,赵天培.硫酸介质中各类表面活性剂在锌表面上的吸附及其缓蚀 作用【J】.化学清洗,1999,15(1):1—3 【4]4王旭珍,焦庆祝,郭相坤.盐酸介质中苯扎氯胺在纯铝上的吸附,缓蚀作用 [J】.材料保护,2001,34(6):16—17 【5】Sekinel_Effectof1一HydroxyethyJidene一1,1,diphosphonicacidonthe corrosionofSS41steelin0.3%sodiumchloridesolution[J].Corrosion,1986, 42(5):272—277 【6]6张国金等.适于多种不锈钢和碳钢的盐酸酸洗缓蚀剂【J].材料保护,1996,6: 19—22 【7】王慧龙等.盐酸介质中Mannich碱缓蚀剂在碳钢表面的吸附热力学研究【J】.中 国腐蚀与防护,2001,21(3):144—149 r一一一一一一一一一一一一一一一一一一一] JJ I中华干燥网WWW.dry.com.cnI JJ L………………一..】 5.I石油和化工设置..08.08
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