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本文对海水介质中缓蚀剂的发展历程、稀土金属盐用作缓蚀剂的研究进展、缓蚀机理及其协同效应等做了综述,合成了有机铈盐柠檬酸铈,通过失重法、动电位极化曲线法、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电镜(SEM)和X光电子能谱法(XPS)等研究了氯化铈、硝酸铈和柠檬酸铈等几种铈盐在3.5%NaCl溶液中对碳钢的缓蚀作用,并对其缓蚀机理作了初探,同时对硝酸铈与钼酸钠、葡萄糖酸钠的协同作用也进行了研究,得出以下结论:
(1)氯化铈、硝酸铈和硫酸锌在3.5%NaCl溶液中对碳钢的缓蚀率均随着其浓度的增加而增大,当浓度高于500mg/L后缓蚀率的增加不明显。氯化铈和硝酸铈在3.5%NaCl溶液中的缓蚀效果明显优于硫酸锌,在50~1000mg/L的浓度范围内显示出相对较高的缓蚀率,但缓蚀率不超过80%,说明铈离子(Ⅲ)不能单独作为中性介质中碳钢的缓蚀剂。
(2)柠檬酸铈在3.5%NaCl溶液中对碳钢的缓蚀效率随其浓度的增加而提高,最高达到90%以上,具有“临界值”效应(200mg/L);电化学阻抗谱显示缓蚀剂分子的吸附过程对转移电阻Rt有较大影响,转移电阻Rt随柠檬酸铈的浓度增加而呈增大趋势;柠檬酸铈在碳钢表面的吸附是自发进行的,遵循Langmuir吸附方程式;在碳钢表面形成的膜含有Ce(Ⅲ)、Ce(Ⅳ)、Fe(Ⅲ)、O、C几种元素。
(3)碳钢在含柠檬酸铈的3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位向负方向移动,阴极和阳极塔费尔斜率随着柠檬酸铈浓度的增加呈增大趋势,说明柠檬酸铈对碳钢的阴阳极反应均产生了抑制。柠檬酸根抑制了碳钢的阳极溶解,而Ce3+在碳钢表面局部阴极形成的Ce(OH)3沉积膜主要抑制了腐蚀反应的阴极过程,柠檬酸根离子和铈离子在碳钢表面形成比单独使用时更加致密完整的保护膜,使碳钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率大幅度降低,因此可以认为柠檬酸铈是一种以抑制阴极过程为主的混合型缓蚀剂。
(4)钼酸钠在3.5%NaCl溶液中对碳钢的缓蚀作用较弱,只有在使用浓度达到100mg/L时缓蚀率才超过90%,不适合单独作为碳钢在中性介质中的缓蚀剂。钼酸钠与硝酸铈复配之后呈现出显著的协同作用,在不同配比下的缓蚀率均超过90%。极化曲线显示钼酸钠和硝酸铈混合使用后碳钢的自腐蚀电位变化不大,可认为是一种混合型的缓蚀剂。
(5)在3.5%NaCl溶液中硝酸铈与葡萄糖酸钠混合使用后的缓蚀率均超过90%,对碳钢呈现出良好的缓蚀协同作用。碳钢的自腐蚀电位朝负方向移动,说明两种药剂同时使用时主要抑制电化学反应的阴极过程。扫描电镜显示硝酸铈与葡萄糖酸钠的同时使用能够有效抑制碳钢的局部腐蚀。