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壳聚糖类衍生物在3.5%NaCl介质中的缓蚀评价及机理研究

作　者: 李云菊
导　师: 张胜涛
学　校: 重庆大学
专　业: 物理化学
关键词: 缓蚀剂海水壳聚糖衍生物电化学缓蚀性能
分类号: TG174.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

海水因其强烈的腐蚀性,曾给人类带来无数灾难,并造成了巨大的经济损失。天然海水在其利用领域必然涉及碳钢等金属设备的防腐问题。海水环境中保护金属设备的方法有多种,添加缓蚀剂是一种工艺简便、成本低廉、适用性强的措施。在地球生态环境日益恶化并对海洋资源有巨大依赖的今天,化学品的开发和利用越来越受到人们的关注,海水缓蚀剂的应用也是这样。因此,本着环境保护的原则,开发无毒无害、可生物降解的环境友好高效绿色缓蚀剂,已成为中外缓蚀剂方面学者的共识。壳聚糖的原料甲壳素是地球上最丰富的天然高分子化合物之一,它含有大量的羟基、氨基,从结构上完全符合良好缓蚀剂的特点。再加上对环境无毒,能被微生物或真菌完全降解,因此是一种“环境友好”的绿色缓蚀剂。本文对一系列水溶性好的壳寡糖及其希夫碱类衍生物作为缓蚀剂进行了筛选,通过失重实验、电化学实验、表面分析、量子化学计算等手段和方法测试了所选化合物的缓蚀性能,分析它们的缓蚀机理,深入研究缓蚀剂分子与金属表面的作用方式,并探讨浓度、与其它缓蚀组分复配等因素,对壳聚糖类衍生物缓蚀性能的影响,并从中筛选出适合的海水缓蚀剂。研究的主要成果如下:(1)所有缓蚀剂在3.5% NaCl溶液中对碳钢均有一定的缓蚀效果,其缓蚀机理是通过缓蚀剂分子在碳钢表面形成保护膜,抑制金属表面电化学过程,降低腐蚀速率。其中高羧甲基化高希夫碱化的羧甲基壳寡糖香草醛希夫碱的缓蚀效果最好,其余缓蚀剂的缓蚀效果一般。羧甲基壳寡糖香草醛希夫碱在金属表面的吸附符合Langmuir吸附等温线,在金属表面的吸附是热力学自发过程,为化学吸附。(2)壳寡糖的复配实验表明,壳寡糖与葡萄糖酸钙复配后,极化曲线向正电位方向移动表现为阳极型缓蚀剂,但是二者并没有很好的协同作用。壳寡糖与磷酸氢二钠复配后为以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂,二者起到了很好的协同作用。(3)电化学实验表明所有研究缓蚀剂均为阴阳极共同抑制的混合型缓蚀剂。随着缓蚀剂浓度的增大,除羧甲基壳寡糖香草醛希夫碱在800mg/L达到最大值外,其余缓蚀剂在3.5 % NaCl溶液中对碳钢的缓蚀作用都存在浓度极值现象,壳寡糖及其它羧甲基化壳寡糖希夫碱在400mg/L、壳寡糖香草醛希夫碱在200mg/L缓蚀效率达到最高值。(4)量子化学计算推断了缓蚀剂分子的化学吸附活性中心,为合成和寻找新型缓蚀剂分子的设计合成提供了一定的科学依据,对缓蚀剂理论的发展与完善起到了一定的促进作用。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 引言  9
  1.2 缓蚀剂的概述  9-10
  1.3 缓蚀剂的研究方法  10-12
    1.3.1 腐蚀产物分析法  10
    1.3.2 电化学测试方法  10-11
    1.3.3 量子化学计算法  11
    1.3.4 谱学法和表面分析技术  11-12
  1.4 缓蚀剂作用机理的研究  12
  1.5 海水缓蚀剂的发展历程  12-16
  1.6 壳聚糖  16-18
  1.7 选题意义与研究内容  18-21
    1.7.1 选题意义  18
    1.7.2 研究内容  18-21
2 壳寡糖及壳寡糖香草醛希夫碱的缓蚀性能研究  21-41
  2.1 壳寡糖及壳寡糖香草醛希夫碱的选择依据及分子结构  21-22
  2.2 实验材料和实验方法  22-24
    2.2.1 实验材料  22-23
    2.2.2 失重实验  23
    2.2.3 电化学实验  23-24
    2.2.4 表面腐蚀形貌试验  24
    2.2.5 量子化学  24
  2.3 实验结果及讨论  24-33
    2.3.1 失重数据及讨论  24-25
    2.3.2 动电位极化曲线测试  25-28
    2.3.3 交流阻抗谱(EIS)测试  28-31
    2.3.4 腐蚀形貌分析  31-32
    2.3.5 量子化学计算  32-33
  2.4 壳寡糖与其它缓蚀组分的复配  33-38
    2.4.1 壳寡糖与葡萄糖酸钙复配的缓蚀效果  33-36
    2.4.2 壳寡糖与磷酸氢二钠复配的缓蚀效果  36-38
  2.5 本章小结  38-41
3 羧甲基壳寡糖香草醛希夫碱类产品在模拟海水中缓蚀性能研究  41-59
  3.1 羧甲基壳寡糖香草醛希夫碱类类化合物的合成  41-43
    3.1.1 设计依据  41
    3.1.2 分子结构和合成路线  41-43
  3.2 实验材料和实验方法  43
    3.2.1 实验材料  43
    3.2.2 实验方法  43
  3.3 实验结果及讨论  43-57
    3.3.1 失重数据及讨论  43-44
    3.3.2 动电位极化曲线测试  44-48
    3.3.3 交流阻抗谱(EIS)测试  48-52
    3.3.4 腐蚀形貌分析  52-54
    3.3.5 吸附等温式的拟合  54-56
    3.3.6 量子化学分析  56-57
  3.4 本章小结  57-59
4 其它羧甲基壳寡糖希夫碱类产品在模拟海水中缓蚀性能研究  59-69
  4.1 分子结构和合成路线  59-60
  4.2 实验材料和实验方法  60-61
    4.2.1 实验材料  60-61
    4.2.2 实验方法  61
  4.3 实验结果及讨论  61-68
    4.3.1 动电位极化曲线测试  61-64
    4.3.2 交流阻抗测试  64-66
    4.3.3 量子化学分析  66-68
  4.4 本章小结  68-69
5 结论与展望  69-71
  5.1 结论  69-70
  5.2 对以后工作的建议与展望  70-71
致谢  71-73
参考文献  73-79
附录  79

壳聚糖类衍生物在3.5%NaCl介质中的缓蚀评价及机理研究

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