【摘 要】
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金属在酸洗等酸性环境下的使用过程中存在的腐蚀问题可以通过缓蚀剂来解决,当前工业上使用较多的高效缓蚀剂普遍存在毒性较高、污染环境等实际问题,而毒性较低的缓蚀剂的使用由于缓蚀效率不高而受限制。氮掺杂碳量子点（N-CQDs）是一种新型碳纳米材料,;具有良好的生物相容性、低毒性和简单的合成工艺等优势。本文首次以N-CQDs、碳钢和0.5mol/L的硫酸溶液为研究对象,制备了一种新型绿色高效的N-CQDs缓
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金属在酸洗等酸性环境下的使用过程中存在的腐蚀问题可以通过缓蚀剂来解决,当前工业上使用较多的高效缓蚀剂普遍存在毒性较高、污染环境等实际问题,而毒性较低的缓蚀剂的使用由于缓蚀效率不高而受限制。氮掺杂碳量子点（N-CQDs）是一种新型碳纳米材料,;具有良好的生物相容性、低毒性和简单的合成工艺等优势。本文首次以N-CQDs、碳钢和0.5mol/L的硫酸溶液为研究对象,制备了一种新型绿色高效的N-CQDs缓蚀剂,最高缓蚀效率达95.4%。主要研究内容及成果如下:（1）分别以柠檬酸为碳源,乙二胺、尿素和氨基胍盐酸盐为氮源合成不同的N-CQDs,通过量子化学方法分析其缓蚀性能,结果显示使用柠檬酸和氨基胍盐酸盐作为前驱体合成的N-CQDs-3缓蚀性能最佳。（2）通过水热法制备不同N-CQDs缓蚀剂,失重法验证其缓蚀性能,结果与理论分析一致。近一步通过正交试验和单因素试验对N-CQDs-3的水热工艺参数进行优化,发现在水热时间4小时、水热温度170℃、前驱体比例为1:1时,获得的N-CQDs-3缓蚀效率最高。Uv-vis、FTIR、HRTEM和XPS显示合成产物在紫外激发光下显示蓝绿光,平均粒径为2.5±0.8nm,表面具有酰胺等化学键,证明了N-CQDs-3的成功合成。（3）通过失重法探究缓蚀剂浓度、作用时间和环境温度对N-CQDs-3缓蚀性能的影响,结果显示:随着缓蚀剂浓度和作用时间的增加、环境温度的降低,缓蚀效率逐渐增加,但当缓蚀剂浓度超过200mg/L时,缓蚀效率反而下降,当作用时间超过24h后缓蚀效率的变化趋于平稳。当环境温度为25℃,缓蚀剂浓度为200mg/、作用时间为60h时,N-CQDs-3对碳钢在0.5mol/L的硫酸溶液中缓蚀效率最高达95.4%。SEM和AFM结果显示在N-CQDs-3缓蚀剂的保护下,碳钢表面的腐蚀产物减少,表面粗糙度降低。（4）通过电化学分析、XPS分析以及腐蚀热动力学分析探究N-CQDs-3对碳钢的保护过程及机理,结果显示:添加缓蚀剂后腐蚀产物组分和溶液电阻基本不变,表观活化能有所增加,同时阳极和阴极极化率变化幅度较小,说明N-CQDs-3不参与腐蚀反应过程,但同时抑制腐蚀反应阴极和阳极过程,是混合型缓蚀剂。吸附自由能的值显示N-CQDs-3对碳钢的保护为物理和化学混合吸附,添加缓蚀剂后的碳钢表面XPS结果显示了明显的N元素的增加,以及N-Fe键的形成,同样证明了N-CQDs-3在碳钢表面的化学吸附。腐蚀热力学分析显示N-CQDs-3的吸附过程符合Langmuir等温吸附规律,吸附焓小于0,而腐蚀反应焓大于0,说明碳钢在硫酸中的腐蚀反应是吸热反应,但N-CQDs-3吸附是放热反应,可以自发进行。
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