论文部分内容阅读
N.杂环化合物是钢在酸性介质中的最有效缓蚀剂,嘧啶衍生物作为一类重要的N-杂环化合物,其分子结构中含有两个N杂原子的嘧啶环,可在钢表面发生吸附而产生缓蚀作用。为了积累系列嘧啶衍生物在HCl和H2S04介质中的缓蚀性能的重要新数据,揭示缓蚀剂浓度、温度、腐蚀浸泡时间、酸介质浓度对缓蚀性能影响的规律,阐释各类取代基对缓蚀性能的影响情况,从分子角度探究缓蚀剂在金属表面的吸附作用,提出合理的缓蚀作用机理；本论文选取了嘧啶(PM)、2.氯嘧啶(CP)、2-溴嘧啶(BP)、2-羟基嘧啶(HP)、2-巯基嘧啶(MP)、2-氨基嘧啶(AP)、2,4-二氨基嘧啶(DAP)、4.氨基-6-羟基-2-巯基嘧啶(AHMP)、4,6-二羟基-2巯基嘧啶(DHMP)、4.苯基嘧啶(4-PPM)和5.苯基嘧啶(5-PPM)系列嘧啶类化合物为研究对象,采用失重法、电化学法(开路电位.时间曲线、动电位极化曲线、电化学阻抗谱)、仪器分析测试(紫外光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜)多种实验方法相结合研究了11种嘧啶衍生物对冷轧钢在HCl和H2SO4介质中的缓蚀性能和吸附作用。此外,采用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的分子模拟理论计算方法系统地探究了嘧啶衍生物的缓蚀作用机理,分子模拟时考虑了酸性体系中的质子化作用,对比研究了质子化前后的吸附活性,优化出嘧啶衍生物的分子结构,计算得出嘧啶衍生物分子的结构参数(前线轨道能量、电荷密度、偶极矩、Fukui指数、分子硬度、软度、电荷转移数),并据此分析嘧啶衍生物的分子结构和缓蚀性能关系。通过分子动力学模拟出嘧啶类缓蚀剂分子在金属表面的吸附的取向方式,并得出吸附能和结合能参数。研究结果表明：1.单独的嘧啶具有中等程度的缓蚀作用,添加各类取代基后的嘧啶衍生物的缓蚀性能均有所增加,对钢具有良好的缓蚀作用。各类取代基的缓蚀性能排序为：-C6H5>-SH>-H2>-Br>-OH>-Cl;取代基的数量越多,缓蚀性能越好；4位的苯基取代优于5位的苯基取代。2.PM、CP、BP、HP、MP、AP、DAP、DHMP、AHMP、5-PPM、4-PPM在在钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温式。嘧啶类化合物在HCl介质中的缓蚀性能优于H2S04介质中,缓蚀率随缓蚀剂浓度的增加而增大,但随温度和酸浓度的增加而呈减小的总趋势；缓蚀率在1h.6h范围内大幅度增大,但在6h.156h范围内缓蚀率基本不发生明显波动。3. PM、CP、BP、HP、MP、AP、DAP、DHMP、AHMP、5-PPM、4-PPM在HCl和H2S04中均为混合抑制型缓蚀剂,电化学机理为“几何覆盖效应”。EIS在1.0mol/LHCl中为单一容抗弧,而在0.5mol/L H2SO4中的高频区为容抗弧,低频区呈小段感抗弧；添加嘧啶衍生物后,电荷转移电阻(Rt)显著增加,但双电层电容(Cdl)值减小。SEM和AFM微观形貌显示嘧啶衍生物对钢在HCl和H2SO4中的腐蚀产生显著的抑制作用。4.嘧啶衍生物具有较大的质子亲和能,故在酸性介质中容易发生质子化。前线轨道基本离域于整个分子中,质子化后给电子能力增强,但得电子能力变弱。嘧啶衍生物缓蚀剂分子平行吸附于Fe(001)表面上,缓蚀性能与表面吸附能(Eads)和表面结合能(Ebin)两个参数具有良好的一致性。