基本信息
- 項目名稱：
- 酸介質(zhì)中Gemini表面活性劑對碳鋼的吸附緩蝕性能
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本項目根據(jù)緩蝕協(xié)同效應原理，設(shè)計并篩選出了緩蝕性能優(yōu)越的Gemini表面活性劑和鹵離子復配體系，大大減少了Gemini表面活性劑的用量，降低了成本，為Gemini表面活性劑的工業(yè)化應用奠定了基礎(chǔ)。此外，我們進行了應用實驗對實驗結(jié)論進行了驗證，見應用實驗展示部分。
- 詳細介紹：
- 金屬的腐蝕問題普遍存在于日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國防科技等各個方面，與人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。腐蝕帶給人類的是巨大的經(jīng)濟損失和社會危害，世界各國的腐蝕與防護專家普遍認為,如能應用現(xiàn)有的防腐蝕科學知識和技術(shù),因腐蝕而造成的經(jīng)濟損失至少可以降低25% ～30%。由此可見，對金屬的腐蝕及其緩蝕研究的重要性和必要性。Gemini表面活性劑分子因其特殊的結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)越的緩蝕性能成為化學界乃至科學界的一個重要研究課題。 目前，國內(nèi)外運用Gemini表面活性劑作為緩蝕體系的研究并不多見。El Achouri等曾測定一類Gemini表面活性劑14-n-14（n=2,3,4）系列抑制鐵在鹽酸中的腐蝕情況，結(jié)果表明，它們對在1 mol/L鹽酸中的金屬鐵有很好的緩蝕作用，并且隨著Gemini濃度的增大緩蝕效果也增大，在其cmc濃度附近達到最大值。國內(nèi)將季銨鹽型Gemini表面活性劑用于鋼鐵緩蝕方面的研究也于近幾年展開。裘靈光等通過失重法對季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑在酸介質(zhì)中緩蝕機理和吸附行為的研究，證明了表面活性劑分子在鋼表面的吸附行為符合Langmuir吸附，并給出了Gemini表面活性劑分子在金屬表面的吸附行為。黃金營等利用靜態(tài)失重法、極化曲線、交流阻抗和掃描電子顯微鏡等方法對一種含雜環(huán)雙季銨鹽化合物在模擬油田水中的緩蝕性能進行了研究等等。 另外，在實際應用中，用酸洗除銹時，酸介質(zhì)在與銹垢反應的同時，不可避免會與金屬基體反應、放熱，并產(chǎn)生大量酸霧。但是在酸洗液中加入Gemini表面活性劑，由于其憎水基的作用，在酸洗液的表面形成定向排列的單分子線狀膜覆蓋層，并利用表面活性劑的發(fā)泡作用，抑制酸霧揮發(fā)。因此,在酸洗液中加入Gemini表面活性劑，能大大減少金屬的腐蝕速度，降低析氫量，達到緩蝕的目的。 但是，目前Gemini表面活性劑分子緩蝕體系的應用非常少見，相關(guān)的研究也并不多見。主要是因為Gemini表面活性劑分子的合成工藝復雜，生產(chǎn)成本太高，限制了其在防腐工業(yè)中的廣泛應用。但通過添加鹵離子，可以大大減少Gemini表面活性劑的用量，從而降低了其使用成本，意義十分重大。 在一年多的項目研究中，我們分別采用了失重法和極化曲線法，考察了Gemini表面活性劑（Br-[C13H27COO-N(CH2)3N-OCOC13H27]2+Br-）在0.5 mol/L的硫酸和1 mol/L的磷酸介質(zhì)中對碳鋼的緩蝕行為。 根據(jù)本項目研究所得到的結(jié)果表明： (1).由于Gemini表面活性劑特殊的結(jié)構(gòu)，在酸介質(zhì)中，對碳鋼具有優(yōu)異的緩蝕效果。 (2).在緩蝕效率較高的情況下，通過加入一定量的鹵離子，可以大大降低Gemini表面活性劑的用量，從而降低其使用成本，有利于工業(yè)生產(chǎn)中的批量應用。 為了對實驗結(jié)論進行驗證，我們進行了應用實驗，見附件——應用實驗展示。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研究Gemini表面活性劑及其復配體系的吸附緩蝕性能，選出性能較優(yōu)越的復配體系,為其在鋼鐵除銹防腐領(lǐng)域的應用提供指導。 基本思路：1.考察不同腐蝕條件下碳鋼在酸介質(zhì)中的腐蝕速率及緩蝕劑的緩蝕性能。 2.設(shè)計新型復配緩蝕體系，并研究其緩蝕協(xié)同效應，篩選出緩蝕性能優(yōu)越的復配體系。 3.運用吸附模型對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，研究表面活性劑在碳鋼表面的吸附機理。
科學性、先進性及獨特之處
- 1.結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際，設(shè)計出新型Gemini表面活性劑及其復配體系，重點研究了其在硫酸和磷酸腐蝕介質(zhì)中對碳鋼的緩蝕性能和緩蝕協(xié)同效應。 2.篩選出緩蝕性能較為優(yōu)越、使用成本較低的復配緩蝕體系。其中，以鹵離子復配體系的效果最佳，因此我們對其進行了比較詳細的研究。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 在酸洗液中加入Gemini表面活性劑，可大大降低酸介質(zhì)對金屬的腐蝕速度，顯示出優(yōu)越的緩蝕性能，因此在金屬腐蝕與防護領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。 然而，由于Gemini表面活性劑合成成本較高，大大限制了其在工業(yè)中的廣泛應用。在已有的緩蝕劑中，運用Gemini表面活性劑作為緩蝕體系的并不多,并且相關(guān)的研究也不多見。因此將Gemini表面活性劑作為鋼鐵緩蝕體系并降低其使用成本意義十分重大。
學術(shù)論文摘要
- 本研究通過失重法和極化曲線法，考察了陽離子季銨鹽型Gemini表面活性劑及其鹵離子復配體系對碳鋼在硫酸、磷酸腐蝕介質(zhì)中的緩蝕性能，并對其機理進行研究。結(jié)果表明，表面活性劑分子對碳鋼在0.5 mol/L的硫酸、1 mol/L的磷酸中具有很好的緩蝕性能。在緩蝕劑濃度很低的情況下，通過加入一定量的鹵離子，可以得到較高的緩蝕性能，從而降低其綜合應用成本。在酸介質(zhì)中，Gemini表面活性劑在金屬表面的吸附符合Langmuir吸附機理。
獲獎情況
- 部分研究成果已于2009年1月在全國性核心刊物、中國科學院金屬材料研究所主辦的《腐蝕科學與防護技術(shù)》上發(fā)表，見于2009年第21卷第1期第36-39頁 第三屆“挑戰(zhàn)杯”合鍛集團安徽省大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1] Qiu L-G,. Xie A.-J, Shen Y.-H., Chinese Chemical Letter 2003,14: 653-664. [2] 谷寧, 李春梅. 表面活性劑對碳鋼的緩蝕作用及與緩蝕劑的協(xié)同效應[J]. 表面技術(shù),2003, 32(1): 57 . [3] M. El Achouri, M. R. Infante, F. Izquierdo, S. Kertit, H. M. Gouttaya and B. Nciri. Synthesis of some cationic gemini surfactants and their inhibitive effect on iron corrosion in hydrochloric acid medium [J]. Corrosion Science, 2001, 43: 19-35. [4] Qiu L-G, Xie A-J, Shen Y-H. The adsorption and corrosion inhibition of some cationic gemini surfactants on carbon steel surface in hydrochloric acid [J]. Corrosion Science 2005, 47(1): 273. [5] Qiu L-G, Wu Y. Chapter 6. Corrosion Inhibition of Steel in Acidic Medium by Cationic Gemini Surfactants. In Progress in Corrosion Research [M]. Edited by E. L. Bettini. New York: Nova Science Publishers, Inc., 2007, pp. 169-196.
同類課題研究水平概述
- El Achouri等曾測定一類Gemini表面活性劑14-n-14（n=2, 3, 4）系列抑制鐵在鹽酸中的腐蝕情況，結(jié)果表明，它們對在1 mol/L鹽酸中的金屬鐵有很好的緩蝕作用，并且隨著Gemini濃度的增大其緩蝕效率也增大，在其臨界膠束濃度（cmc）附近達到最大值。國內(nèi)在季銨鹽型Gemini表面活性劑在鋼鐵緩蝕方面的研究也于近幾年展開。裘靈光等通過失重法對季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑在酸介質(zhì)中緩蝕機理和吸附行為的研究，證明了表面活性劑分子在鋼表面的吸附行為符合Langmuir吸附，并給出了Gemini表面活性劑分子在金屬表面的吸附行為。黃金營等利用靜態(tài)失重法、極化曲線、交流阻抗和掃描電子顯微鏡等方法對一種含雜環(huán)雙季銨鹽化合物在模擬油田水中的緩蝕性能進行了研究等等。 但是Gemini表面活性劑的合成工藝較復雜，生產(chǎn)成本較高，因此限制了其在防腐中的廣泛應用。而且以往的研究多為鹽酸體系，鹽酸的揮發(fā)性較大，不利于工業(yè)生產(chǎn)。為此，我們沒有繼續(xù)使用鹽酸介質(zhì)，而是結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)情況選擇在硫酸、磷酸腐蝕介質(zhì)中研究不同濃度Gemini表面活性劑的緩蝕性能，并根據(jù)協(xié)同效應，配制出陽離子季銨鹽型Gemini表面活性劑復配體系，降低其用量，為其工業(yè)化應用提供可行的實驗方案。
