鄭紅艾,沈莉莉

(上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院,上海 20009)

銅及其合金由于具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性,已被廣泛應(yīng)用于加熱及冷卻系統(tǒng)中.此外,銅在酸性含氧介質(zhì)中的腐蝕現(xiàn)象也日益受到關(guān)注.苯并三氮唑(BTA)是銅及其合金的特效緩蝕劑,其最佳作用范圍是在中性和堿性環(huán)境中,而在酸性介質(zhì)中其緩蝕效果會(huì)急劇下降.氨基酸類(lèi)化合物具有無(wú)毒、易降解的特點(diǎn),已成為緩蝕劑研究中逐步受到關(guān)注的領(lǐng)域［1-5］.上海電力學(xué)院氨基酸類(lèi)緩蝕劑研究課題組在前期實(shí)驗(yàn)中,已經(jīng)證實(shí)在酸性介質(zhì)中堿酸性氨基酸對(duì)銅的緩蝕效果較好.本實(shí)驗(yàn)選用原材料來(lái)源豐富、成本低的堿性組氨酸為研究對(duì)象,采用電化學(xué)極化曲線、電化學(xué)阻抗譜等研究方法繼續(xù)考察組氨酸及其與抗壞血酸復(fù)配在酸性介質(zhì)中的緩蝕作用規(guī)律,并探討其作用機(jī)理.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

實(shí)驗(yàn)所用的藥品均為 AR,所選用的組氨酸和抗壞血酸結(jié)構(gòu)式如下:

(1)組氨酸結(jié)構(gòu)式 其結(jié)構(gòu)形式為:

(2)抗壞血酸結(jié)構(gòu)式 其結(jié)構(gòu)形式為:

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及方法

本實(shí)驗(yàn)采用儀器為 CHI660C電化學(xué)工作站.交流阻抗的測(cè)試頻率在 0.05～100 kHz,激勵(lì)信號(hào)峰值為 5mV.極化曲線法掃描的初終電位分別為 -0.4 V和 0.2 V,掃描速率為 2mV/s.電化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用三電極體系,工作電極為純銅材質(zhì)電極,參比電極為飽和甘汞電極,輔助電極為鉑電極.銅電極用環(huán)氧樹(shù)脂密封制成,電極表面積為 0.4 cm2(8mm×5mm),測(cè)量前用金相砂紙逐級(jí)打磨拋光,使金屬表面呈現(xiàn)出均勻的金屬光澤,然后用脫脂棉蘸無(wú)水酒精、丙酮除油,最后用去離子水沖洗干凈后放入電解池中.交流阻抗和極化曲線的測(cè)量均是在銅電極浸入含各種濃度緩蝕劑的模擬鹽酸溶液中 1 h后進(jìn)行的.

2 結(jié)果與討論

2.1 極化曲線實(shí)驗(yàn)

為了考察組氨酸濃度對(duì)銅電極緩蝕效果的影響,在本次實(shí)驗(yàn)中先將銅電極分別浸泡在 10-5～10-3mol/L組氨酸溶液中 1 h,通過(guò)極化曲線實(shí)驗(yàn)考察組氨酸濃度對(duì)銅電極的影響規(guī)律,如圖 1所示.實(shí)驗(yàn)中,空白表示溫度為 20℃時(shí) 0.25mol/L的 HCl溶液.

圖1 銅電極在各濃度組氨酸溶液中浸泡 1 h的極化曲線

由圖 1可知,銅電極在濃度為 0～10-3mol/L的組氨酸的 HCl溶液中浸泡 1 h后的自腐蝕電流分別為 5.194 e-007A/cm2,5.010 e-007A/cm2,4.874 e-007A/cm2,4.548 e-007A/cm2,4.409 e-007A/cm2,4.232 e-007A/cm2,可見(jiàn)各濃度組氨酸對(duì)銅電極都具有一定的緩蝕效果,且組氨酸濃度越大,緩蝕效果越顯著.組氨酸對(duì)銅電極腐蝕的陰極反應(yīng)有明顯的抑制作用,對(duì)陽(yáng)極反應(yīng)作用不明顯.

在復(fù)配實(shí)驗(yàn)中,選用緩蝕效果最好的組氨酸(其濃度為 10-3mol/L)與不同濃度的抗壞血酸進(jìn)行復(fù)配.圖 2為銅電極分別在 10-3mol/L組氨酸、抗壞血酸與組氨酸復(fù)配溶液中浸泡 1 h的極化曲線.

從圖 2可以看出,組氨酸溶液中加入不同濃度的抗壞血酸進(jìn)行復(fù)配,銅電極在 10-3mol/L組氨酸、抗壞血酸和各濃度組氨酸復(fù)配溶液中的自腐蝕電流分別為 4.232 e-007A/cm2,4.317 e-007A/cm2,3.986 e-007A/cm2,3.440 e-007A/cm2,3.040 e-007A/cm2,復(fù)配溶液緩蝕效果明顯好于單獨(dú)的氨基酸和抗壞血酸的緩蝕效果,且緩蝕效果隨抗壞血酸濃度的增大而顯著.

圖2 銅電極在組氨酸及組氨酸與抗壞血酸復(fù)配溶液中浸泡 1h的極化曲線

2.2 交流阻抗實(shí)驗(yàn)

圖3為銅電極在各濃度組氨酸溶液中浸泡 1 h的 Nyqulst曲線.圖 4為銅電極在 10-3mol/L組氨酸、抗壞血酸及各濃度組氨酸復(fù)配溶液中浸泡1 h的 Nyqulst曲線的比較.

圖3 銅電極在含組氨酸的 HCl溶液中浸泡 1 h的 Nyqulst曲線

圖4 銅電極在 10-3 mol/L組氨酸及組氨酸與抗壞血酸復(fù)配溶液中浸泡 1 h的 Nyqulst曲線

圖3和圖 4中各阻抗譜線均呈一弧形,按︱Z︱=(Z′2+Z″2),可計(jì)算出該銅電極的阻抗模值 Z越大,耐蝕效果越好.而未添加組氨酸時(shí),Nyquist圖中相應(yīng)的弦長(zhǎng)最短,Z最小.隨著組氨酸濃度的增大,Nyquist圖中相應(yīng)的弦長(zhǎng)增大,緩蝕效果增強(qiáng).在復(fù)配實(shí)驗(yàn)中,Z值隨抗壞血酸濃度的增加而逐漸增大,銅電極的耐蝕性也逐漸提高.

由于組氨酸的側(cè)鏈有一個(gè)咪唑環(huán),含有較多的親水性的極性基 -NH2,這種極性基團(tuán)的中心原子 N含有獨(dú)對(duì)電子,它與金屬的電子空軌道進(jìn)行配位結(jié)合,與金屬銅表面有一定吸附作用,容易在金屬表面形成膜,使得酸性腐蝕介質(zhì)與金屬銅表面隔開(kāi),起到保護(hù)金屬的作用.同時(shí),抗壞血酸是一種除氧劑,能和金屬發(fā)生鈍化反應(yīng),可在金屬表面形成薄的致密的保護(hù)性氧化物層,抑制金屬腐蝕.組氨酸和抗壞血酸復(fù)配的緩蝕效果均好于兩種物質(zhì)單獨(dú)使用時(shí)的緩蝕效果.

3 結(jié) 論

(1)組氨酸和抗壞血酸單獨(dú)使用對(duì)銅電極均有一定的緩蝕效應(yīng),緩蝕效果隨其濃度的增加逐漸增強(qiáng);

(2)各種濃度的組氨酸及其與抗壞血酸復(fù)配溶液對(duì)銅電極腐蝕的陰極反應(yīng)都有抑制作用;

(3)各濃度復(fù)配溶液的緩蝕效果比單獨(dú)的組氨酸緩蝕效果好,且隨著復(fù)配溶液濃度增加,緩蝕效果增強(qiáng).

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