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在酸性介质中采用缓蚀剂抑制金属腐蚀是最实用的方法之一。三唑类有机化合物对各类金属在酸性介质中具有很好的缓蚀性能,且具有适用酸性腐蚀介质浓度范围大、使用温度范围宽和环境友好的特点。因此,研究三唑类化合物是发展具备环境优势高效缓蚀剂非常有希望的途径之一。目前,关于缓蚀剂在酸性介质中对铜的缓蚀作用已有大量文献,然而关于三唑类化合物对铜的缓蚀性能研究却鲜有报导。
本论文采用经典的一步法合成了3,5-二(2-噻吩基)-4-氨基-1,2,4-三唑(2-TAT),通过元素分析、1H核磁共振谱和13C核磁共振谱等确定了产物的结构。采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱技术研究了2-TAT在酸性介质中对紫铜的缓蚀作用,采用SEM研究了紫铜在HCl介质中浸泡6h后的表面形貌。
合成产品元素分析的结果和理论值基本一致;1H核磁共振谱和13C核磁共振谱解析结果表明,目标产物中各种类型H的化学位移值和峰重数符合2-TAT的结构式,各种类型C的化学位移值显示出相同的结论。
动电位极化曲线研究表明,在不同温度下,紫铜在1.0mol·L-1HCl中和0.5mol·L-1H2SO4中的腐蚀电位分别约为-0.2V和0V。加入不同浓度的2-TAT后,紫铜的腐蚀电位均发生负移,随着2-TAT浓度的增加,腐蚀电位向负方向移动越明显。加入2-TAT后紫铜阴极塔菲尔斜率明显下降,因此阴极的析氢反应受到抑制,而阳极塔菲尔斜率变化较小,阳极反应没有受到抑制作用或者抑制作用较弱。因此2-TAT主要抑制了腐蚀过程中的阴极过程,为阴极型缓蚀剂。腐蚀电流密度随着2-TAT浓度的增加呈现下降趋势,在所研究温度下,当2-TAT浓度达到6.0×10-3mol·L-1时,2-TAT对紫铜的缓蚀率超过90%,并且2-TAT的缓蚀效率不受温度影响,但2-TAT在0.5mol·L-1H2SO4介质中对紫铜的缓蚀效率要略低于其在1.0mol·L-1HCl介质中对紫铜的缓蚀效率。在1.0mol·L-1HCl介质中含有2-TAT时的活化能要高于不含2-TAT时的活化能,在0.5mol·L-1H2SO4介质中,含有2-TAT时的活化能要低于不含2-TAT时的活化能。
电化学阻抗谱研究表明,30℃时紫铜电极在含有不同浓度2-TAT的1.0mol·L-1HCl介质中和0.5mol·L-1H2SO4介质中,随着2-TAT浓度的增加,电荷转移电阻Rt的数值急剧增加,说明2-TAT抑制了紫铜在酸性介质中的腐蚀;双电层电容Cd1急剧下降,这是由于紫铜表面的水分子被2-TAT分子取代,2-TAT吸附在电极表面降低了双电层电容。2-TAT的缓蚀效果随使用浓度的增大而增大,这与极化曲线的结果一致。
在1.0mol·L-1HCl介质和0.5mol·L-1H2SO4介质中,由动电位极化曲线和电化学阻抗谱参数计算2-TAT在紫铜表面的覆盖度θ,将Cinh/θ与Cinh作图,结果表明Cinh/θ与Cinh之间呈良好的直线关系。因此,2-TAT在紫铜表面的吸附遵循Langmuir吸附等温式,在所研究温度下,2-TAT在紫铜表面的吸附自由能小于0,说明2-TAT在紫铜表面的吸附是自发进行的。此外,不同温度下的吸附自由能相差不大,说明温度对2-TAT在紫铜表面的吸附影响不大。