活泼金属表面缓蚀自组装膜研究进展

金属表面缓蚀自组装膜技术是近年来发展起来的新型防腐蚀技术,其研究对象已逐渐由惰性金属(金、铂等)转化为常用活性金属及合金材料。本文综述了常用活性金属表面缓蚀自组装膜技术的研究现状,重点介绍了铜、铁、铝等金属材料表面涉及的缓蚀自组装体系,并对该领域研究中存在的主要问题进行了总结。     

K2L-SAMs对碳钢在饱和CO2油田水中的缓蚀行为与量子化学研究

利用邻氧乙酸苯甲醛缩对氨基苯磺酸钾盐席夫碱(K2L)缓蚀剂在20#碳钢表面制备自组装单分子膜(SAMs),并通过电化学方法研究缓蚀剂自组装膜的最佳组装时间;采用电化学测试技术和表面分析技术研究K2L-SAMs对碳钢在饱和CO2油田水介质中的缓蚀行为;采用密度泛函理论分析缓蚀剂分子的前线轨道、Mulliken电荷和分子静电势。结果表明:缓蚀剂在碳钢表面自组装3 h后,可以形成稳定、致密的缓蚀膜;在碳钢表面形成的K2L-SAMs能有效抑制碳钢的阴极还原过程,最高缓蚀效率达87.55%;K2L的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理为典型的化学吸附。量子化学计算结果表明:羧基是K2L分子的主要吸附活性区域,能与碳钢表面铁原子作用形成稳定的配位键。     

水溶液中自组装膜对青铜的缓蚀作用

采用不同的分散剂将十八烷基硫醇(ODT)分散在水溶液中,并以其在青铜表面制备了自组装膜(SAMs)。用极化曲线、交流阻抗、循环伏-安等电化学方法研究了ODT SAMs对青铜的缓蚀作用。结果表明:ODT分子能够在青铜表面形成稳定、致密的SAMs,有效抑制了青铜的阴极和阳极过程,改变了电极表面的双电层结构,对青铜有良好的缓蚀作用。     

十八硫醇自组装膜对青铜的缓蚀作用

在乙醇体系中采用十八硫醇(ODT)在青铜表面制备自组装膜(SAMs),采用循环伏安法、极化曲线和交流阻抗谱等电化学方法研究该膜在0.5 mol/LNaCl溶液中对青铜电极的缓蚀性能。结果表明:ODT在青铜表面形成了SAMs,能够有效抑制青铜的腐蚀。随着成膜温度和ODT浓度的增高,ODT自组装膜的缓蚀效率和覆盖度提高。当ODT浓度为0.1 mol/L、成膜温度为60℃时,缓蚀效率为98.1%,覆盖度为98.7%;十八硫醇在青铜表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理是典型的化学吸附。     

谷氨酸自组装膜对铜的缓蚀机理研究

用电化学测量法研究不同组装时间、不同组装浓度和不同pH情况下谷氨酸自组装单分子膜（SAMs）对铜在0.5 mol/L HCl中的缓蚀作用,考察碘离子和谷氨酸单分子膜的协同作用,并通过量子化学计算探讨谷氨酸在铜表面的吸附机理。结果表明,谷氨酸自组装膜的缓蚀效率随组装时间和组装浓度的增加递增,最佳组装条件是在10 mmol/L组装溶液中组装12 h;在 pH=10下形成的自组装单分子膜的缓蚀作用要优于其他pH下形成的自组装膜,碘离子的加入可进一步提高谷氨酸自组装膜对铜的保护效果。     

3,5-二溴水杨醛-2-噻吩甲酰肼席夫碱缓蚀剂在油田水中对碳钢的缓蚀性能及分子动力学模拟

合成了一种新的席夫碱缓蚀剂3,5-二溴水杨醛-2-噻吩甲酰肼(L2),通过Tefel极化曲线、电化学阻抗、扫描电镜和分子动力学模拟方法研究了该缓蚀剂在模拟油田水中对碳钢的缓蚀效果,并探讨了其缓蚀机理和吸附行为。结果表明,L2在不同温度、H2S浓度、pH值和Cl-浓度条件下的模拟油田水中对碳钢均具有良好的缓蚀性能。分子动力学模拟结果表明,在水溶液中缓蚀剂L2分子可以稳定地平行吸附在金属表面,有效地将金属表面和水分子隔开,从而起到缓蚀作用,吸附方式为多位点化学吸附;同时L2形成的分子吸附膜可有效地抑制腐蚀离子(Cl-和H3O+)在吸附膜中的扩散,避免了金属表面与腐蚀介质接触而发生腐蚀,从而表现出良好的缓蚀性能。     

烷基硫醇自组装膜对铝合金的缓蚀性能研究

采用浸泡法,在含水量不同的十四烷基硫醇/乙醇-水溶液中,使2024铝合金表面自组装烷基硫醇膜,通过动电位扫描、电化学交流阻抗、原子力显微镜以及光电子能谱研究了硫醇自组装膜在铝合金表面的吸附行为及缓蚀性能。结果表明,十四烷基硫醇自组装膜对铝合金在Harrison溶液中的腐蚀具有一定缓蚀作用,且缓蚀效果随着自组装溶液中含水量的增加而增强。     

常用金属表面缓蚀自组装膜及其研究方法

简要介绍了常用活性金属表而主要涉及的缓蚀自组装膜体系以及缓蚀膜自组装行为的主要影响因素,并重点综述了电化学疗法、谱学技术、显微镜技术以及接触角测试等研究方法在活性金属表面缓蚀自组装膜研究领域的应用。     

溶剂中水对2024铝合金表面膦酸自组装膜缓蚀性能的影响

以无水乙醇以及无水乙醇和水的混合液作为溶剂,分别配制5mmol/L的十四烷基膦酸溶液,并采用浸泡法在2024铝合金表面制备了十四烷基膦酸自组装膜。根据接触角、动电位扫描、交流阻抗以及腐蚀形貌分析,研究了采用不同溶剂时十四烷基膦酸自组装膜对Harrison溶液中2024铝合金的缓蚀作用,探讨了溶剂中水对膜自组装行为及缓蚀性能的影响机理。     

水溶液中自组装膜对银的缓蚀作用及吸附机理分析

采用不同的分散剂将十八烷基硫醇(ODT)分散在水溶液中,并以其在银表面制备了自组装膜(SAMs)。用极化曲线、交流阻抗、循环伏安等电化学方法研究了ODTSAMs对银的缓蚀作用及吸附行为。结果表明:ODT分子能够在银表面形成稳定、致密的SAMs,有效抑制了银的阴极氧去极化过程和阳极硫化过程,改变了电极表面的双电层结构,对银有良好的缓蚀作用。ODT在银表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理是典型的化学吸附。     

芳香希夫碱在油田采出水中的缓蚀性能研究

目的研究不同复配型芳香希夫碱缓蚀剂在油田采出水中对N80碳钢的缓蚀效果。方法采用静态失重和旋转挂片实验比较四种芳香希夫碱的缓蚀速率,采用电化学测试、扫描电镜和EDS手段对N80碳钢进行表征和分析。结果在油田采出水中添加芳香希夫碱复配型缓蚀剂后,试样表面生成以铁、碳、氧元素为主的保护膜,当四种缓蚀剂的添加量达到90 mg/L时,N80碳钢的腐蚀速率下降趋势变化缓慢,a型缓蚀剂的缓蚀效果最好,其用量为90 mg/L时,N80碳钢的腐蚀速率降低到0.0087 mm/a,自腐蚀电位由-0.8112V提高到-0.7345 V,自腐蚀电流由77.79μA下降到5.410μA,缓蚀率可达到93.05%。结论四种希夫碱复配缓蚀剂均有较好的缓蚀性能,缓蚀剂的缓蚀效果顺序为abdc。     

组氨酸衍生物自组装膜的缓蚀性能

采用电化学方法研究了组氨酸和乙酰组氨酸、苄氧羰基组氨酸两种组氨酸衍生物自组装膜对304不锈钢在0.5mol/L HCl溶液中的缓蚀性能。使用接触角测试、X射线光电子能谱(XPS)技术对304不锈钢表面的自组装膜进行了表征。电化学测试结果表明:组氨酸、苄氧羰基组氨酸和乙酰组氨酸三种缓蚀剂分子的自组装膜对304不锈钢均有一定的缓蚀作用。XPS测试结果表明:组氨酸衍生物与304不锈钢表面发生了化学吸附,形成了自组装膜,起到了缓蚀效果。     

X65碳钢在模拟油田采出水中的阴极保护研究

采用极化曲线、恒电位阴极极化和失重法,并结合SEM,EDS和XRD分析产物的形貌、成分和结构,研究了不同保护电位下X65碳钢的保护效果和机制。结果表明:该环境中,自腐蚀条件下的X65碳钢发生严重腐蚀,失重速率大,坑蚀严重;-800~-1000 mV的保护电位对X65碳钢的腐蚀均有明显抑制效果;-800 mV阴极保护电位下X65碳钢表面无良好的钙质沉积层形成,-900 mV下表面能生成牢固致密的钙质沉积层,有效降低保护电流密度,-1000 mV下沉积层容易因析氢反应而鼓泡脱落;相比于海洋环境,X65碳钢在油田采出水中的析氢电位偏正,沉积层中不含Mg(OH)2。     

复合缓蚀剂在油田采出水中的缓蚀性能研究

目的为了解决油田采出水的腐蚀问题,制备一种复合缓蚀剂,并研究环境因素对缓蚀性能的影响规律,为油田采出水的科学防腐提供理论上的依据。方法采用含磷咪唑啉季铵盐和钨酸钠复配了一种绿色的油田采出水处理复合缓蚀剂,用动态失重法对复合缓蚀剂的缓蚀性能进行了评价,并系统地研究了介质的温度、pH值、矿化度及流速对缓蚀性能的影响。结果油田采出水的温度为55℃、pH值=7.0、流速为2.5 m/s和矿化度为36 g/L时,复合缓蚀剂的最佳投加质量浓度为60 mg/L。该条件下Q235钢的腐蚀速率为0.0269 mm/a,能够满足油田采出水回注的标准要求。腐蚀速率随着缓蚀剂质量浓度的增加而减小,随着采出水温度的升高而增大。采出水的矿化度为32 g/L时,对腐蚀速率的影响最大。采出水的流速为1.2~3.0 m/s和采出水的pH值接近于中性时,其对腐蚀速率的影响较小。结论复合缓蚀剂是一种环境友好型油田采出水处理缓蚀剂,缓蚀性能优良。     

咪唑类化合物自组装膜对 316 不锈钢的缓蚀作用

通过电化学阻抗谱、极化曲线和量子化学方法,研究了在0.5 mol/L的硫酸溶液中,咪唑、十二烷基咪唑、苄基咪唑、苯并咪唑四种缓蚀剂自组装膜对316不锈钢的缓蚀性能。研究结果表明:四种缓蚀剂均为阴极型缓蚀剂,对不锈钢具有较好的缓蚀作用,在1×10-3mol/L的浓度下,随着组装时间的延长,自组装膜对不锈钢的缓蚀效率也相应增强,它们的缓蚀能力主要由最高占据轨道能EHOMO的大小决定,缓蚀能力由大到小依次为苯并咪唑>十二烷基咪唑>苄基咪唑>咪唑。     

X65钢在CO_2饱和油田水中的电化学行为和腐蚀机理

利用热力学计算方法推断X65钢在CO2饱和模拟油田水中的腐蚀反应阳极机制。结果显示X65钢在CO2饱和模拟油田水中的腐蚀包含两种阳极反应,即Fe接受电子转变为Fe2 和Fe与HCO3-反应形成FeCO3。实验条件下Fe与水作用生成Fe(OH)2的反应的平衡电位高于自腐蚀电位,因此难以进行。通过电化学阻抗谱测试进一步证实了热力学计算的结果。     

油田采出水处理复合阻垢缓蚀剂的研究

目的制备一种高效、复合型的油田采出水处理阻垢缓蚀剂。方法以二己烯三胺五亚甲基膦酸、磺酸基共聚物和钨酸钠为原料复配成复合阻垢缓蚀剂,通过静态阻垢试验和动态腐蚀试验,研究复合阻垢缓蚀剂的防垢和缓蚀效果与其质量浓度的关系,考察絮凝剂、杀菌剂及缓蚀剂等水处理剂对防垢效果的影响。结果在油田采出水处理中,阻垢缓蚀剂最佳质量浓度为30 mg/L,此时的阻垢率>95%,腐蚀速率为0.0696 mm/a。油田采出水中过量的絮凝剂及季铵盐1227杀菌剂会造成阻垢率降低,咪唑啉缓蚀剂对阻垢率有增效作用,异噻唑啉酮杀菌剂对阻垢率影响较小。结论该复合阻垢缓蚀剂生产制备简单,阻垢和缓蚀性能优良。     

谷氨酸及其衍生物在304不锈钢表面的自组装膜

采用电化学阻抗谱、极化曲线、量子化学和分子动力学,研究了谷氨酸、焦谷氨酰胺、焦谷氨酸三种自组装膜在0.5 mol/L硫酸溶液中对304不锈钢的缓蚀性能.结果表明,三种缓蚀剂均为阴极型缓蚀剂,对不锈钢具有较好的缓蚀作用;在0.02 mol/L的浓度下,随着组装时间的延长,自组装膜对不锈钢的缓蚀效率也相应增强.它们的缓蚀能力与理论EHOMO越高、能量间隙△E越低.自组装分子成键能力越强、缓蚀效率越高相一致.三种缓蚀剂分子中的氮原子、氧原子可以与铁原子形成化学键,发生化学吸附.缓蚀能力依次为:焦谷氨酸＞焦谷氨酰胺＞谷氨酸.     

茄叶提取液在盐酸介质中对碳钢的缓蚀性能

通过动电位极化曲线法、电化学阻抗法、失重法和扫描电镜法研究了茄叶提取液在1mol·L-1 HCl中对碳钢的缓蚀性能和机理。结果表明:茄叶提取液的最佳提取条件为盐酸浓度3.0mol·L-1、温度55.0℃、时间62h;在最佳条件下提取的茄叶提取液缓蚀性能优异,当茄叶提取液质量浓度为1 800mg·L-1时,失重缓蚀率达92%以上;茄叶提取液在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温模型,茄叶缓蚀剂可显著抑制碳钢的腐蚀。