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摘 要：本文针对酸液腐蚀碳钢的行为，采用失重法在不同温度下测定N80碳钢在酸液中的腐蚀速率，评价了甲醛缩苯胺、肉桂醛缩苯胺对N80碳钢的酸蚀产生的缓蚀效果，结果表明：甲醛缩苯胺与肉桂醛缩苯胺有缓蚀效果，且缓蚀效果都比较好，甲醛缩苯胺的缓蚀性能随着温度增大而下降，而肉桂醛缩苯胺对碳钢的缓蚀的抗温性更好，等量的缓蚀剂在体系温度比较高的条件下，可选取肉桂醛缩苯胺作为缓蚀剂。
关键词：缓蚀；N80碳钢；失重实验；肉桂醛
缓蚀剂的定义为将微量或少量的一种或几种化学物质（无机物、有机物）添加到腐蚀介质中，明显减缓甚至停止金属材料在该介质中的腐蚀速度[1]。研究发现，有机席夫碱化合物因分子中的杂原子、不饱和C=N键，能够在溶液中的金属表面形成坚固而稳定的化学键，从而减缓酸液对金属的腐蚀[2]。实验采用含有苯环的苯胺和肉桂醛做合成原料，合成两种不同的席夫碱，利用静态失重法、动力学分析研究了该缓蚀剂对N80钢在酸中的缓蚀性能。
1 实验过程
1.1两种席夫碱的合成
1.1.1席夫碱的合成原理
甲醛与苯胺反应，主要是甲醛的羰基与苯胺的氨基发生加成反应生成中间产物-NH-CH2-OH，生成的-OH又与另一个苯胺所含的结合生成水。反应产物经过断裂，转位重排后生成产物，简化后的反应方程式如下所示：
肉桂醛和苯胺通過脱水缩合合成一种新型的席夫碱，反应方程式如下所示：
1.1.2席夫碱的合成过程
取20 mL无水乙醇，倒入三颈烧瓶中，依次量取等摩尔比的苯胺与醛类试剂与乙醇混合，溶解。将三颈烧瓶用铁架台固定在电磁搅拌的恒温水浴锅中，温度控制在50℃，回流搅拌2h，冷却结晶，抽滤。
1.2实验过程
实验采用同一系列的40mmX13mmX2mm N80碳钢8片，先用砂纸除去碳钢表面的锈，再用95%的乙醇溶液清洗钢片，在通风处吹干。两片钢片为一组，取100 mL的盐酸，加入规格为100 mL的细口锥形瓶中，用细绳将钢片悬挂且完全浸没在盐酸里。将锥形瓶放在30℃，40℃，50℃，60℃的恒温水浴锅中反应l h后取出，洗净，吹干，在分析天平上称重。
用失重法分别得到未加缓蚀剂的失重量，以及加入甲醛缩苯胺、肉桂醛缩苯胺两种缓蚀剂的失重量，根据失重量算出腐蚀率。
腐蚀率的计算公式如下：
式中，V为腐蚀速率[g/（m2·h）]，W0和W分别为腐蚀前和腐蚀后的挂片质量（g），S为挂片表面积（m-2），t为腐蚀时间（h）。
再根据腐蚀率计算缓蚀剂的缓蚀率η，计算公式为：
其中，V，V0为单位时间内单位质量的金属有无缓蚀剂的腐蚀量。
2 结果与讨论
2.1不同温度下两种缓蚀剂的腐蚀速率
根据实验测得的甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺的失重量，按照腐蚀速率公式计算得出图l的腐蚀速率曲线。甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺相比未加缓蚀剂的酸液，腐蚀速率明显下降，30℃时，盐酸的腐蚀速率为18.49 g/（m2·h），而肉桂醛缩苯胺为1.44 g/（m2·h）。温度升高时，两种缓蚀剂的腐蚀速率都增大，温度较低时，两种缓蚀剂腐蚀速率增加的都比较平缓，50～60℃时，两种缓蚀剂的腐蚀速率曲线斜率的趋势均增大。与肉桂醛缩苯胺相比，甲醛缩苯胺受温度影响更大，温度增加时，腐蚀速率增大的趋势更明显。温度较低时，两种缓蚀剂缓蚀效果都很好，50℃以上时，用肉桂醛缩苯胺缓蚀效果相对较好。
2.2不同温度下两种缓蚀剂的曲线
根据图1的腐蚀速率，可以利用缓蚀速率公式求出两种席夫碱的缓蚀率，如图2所示。甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺的缓蚀率有一定的区别，30℃时，肉桂醛缩苯胺的缓蚀率为92.22%，相比于甲醛缩苯胺的72.79%，肉桂醛缩苯胺的缓蚀率非常好，受温度的影响也比较小。与图l联系，可得出肉桂醛缩苯胺对碳钢的缓蚀效果比甲醛缩苯胺的效果好，其在温度较高时也有良好的缓蚀能力。
2.3缓蚀剂在动力学上的影响
化学动力学在研究反应速率和反应机理上有重大意义。动力学研究中的阿伦尼乌斯公式是反映化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式，公式表示为：
两边取对数，得：
其中，K为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为表观活化能，A为指前因子。图3为Arrhenius曲线，选取两组缓蚀效果好的两种席夫碱，以反应速率常数的对数1nv为纵坐标，以反应温度倒数的1000倍为横坐标作图，得到两种席夫碱的Arrhenius曲线。图3中，直线的斜率为-Ea/R，由Arrhenius公式可知，Ea越大，则斜率越大，缓蚀效果越好，因为活化能增大，导致酸液腐蚀钢片需要克服的活化能所需的能量更大，腐蚀更困难，从而有效减缓腐蚀速率。根据计算，未加缓蚀剂的盐酸的活化能为56.88KJ/mol，甲醛缩苯胺的活化能为72.13KJ/mol，肉桂醛缩苯胺的活化能为74.27KJ/mol，加了缓蚀剂的活化能增大，且肉桂醛缩苯胺的活化能比甲醛缩苯胺的活化能大，可知肉桂醛缩苯胺作为缓蚀剂的缓蚀效果更好，与前面得出的结论相一致。
3 结语
本实验采用静态失重法，研究了甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺两种不同席夫碱，在温度范围为30～60℃内的酸液中N80碳钢的缓蚀效率。研究结果表明：（1）合成的甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺都有良好的缓蚀效果。在30℃时，两种席夫碱的缓蚀效果几乎无差别，随着温度逐渐升高，两种席夫碱的腐蚀速率都有增加的趋势。（2）两种席夫碱的缓蚀能力中，肉桂醛缩苯胺的缓蚀能力比甲醛缩苯胺的更好，其受温度的影响比甲醛缩苯胺弱，即温度越大，甲醛缩苯胺的缓蚀效果越差。肉桂醛缩苯胺的活化能大，作为缓蚀剂时碳钢的失重率小，能起到很好的缓蚀作用。
[参考文献]
[1]刘丽.缓蚀剂在金属防腐技术中的应用[J].广东化工，2014， 41（18）：123.
[2]KSTC，EMREGI K C， ATAKOL O.Schiff bases of increasing cpmplexity as mild steel corrosion inhibitors in 2M HCl[J].Corrosion Science， 2007， 49 （7）： 2800-2814.
关键词：缓蚀；N80碳钢；失重实验；肉桂醛
缓蚀剂的定义为将微量或少量的一种或几种化学物质（无机物、有机物）添加到腐蚀介质中，明显减缓甚至停止金属材料在该介质中的腐蚀速度[1]。研究发现，有机席夫碱化合物因分子中的杂原子、不饱和C=N键，能够在溶液中的金属表面形成坚固而稳定的化学键，从而减缓酸液对金属的腐蚀[2]。实验采用含有苯环的苯胺和肉桂醛做合成原料，合成两种不同的席夫碱，利用静态失重法、动力学分析研究了该缓蚀剂对N80钢在酸中的缓蚀性能。
1 实验过程
1.1两种席夫碱的合成
1.1.1席夫碱的合成原理
甲醛与苯胺反应，主要是甲醛的羰基与苯胺的氨基发生加成反应生成中间产物-NH-CH2-OH，生成的-OH又与另一个苯胺所含的结合生成水。反应产物经过断裂，转位重排后生成产物，简化后的反应方程式如下所示：
肉桂醛和苯胺通過脱水缩合合成一种新型的席夫碱，反应方程式如下所示：
1.1.2席夫碱的合成过程
取20 mL无水乙醇，倒入三颈烧瓶中，依次量取等摩尔比的苯胺与醛类试剂与乙醇混合，溶解。将三颈烧瓶用铁架台固定在电磁搅拌的恒温水浴锅中，温度控制在50℃，回流搅拌2h，冷却结晶，抽滤。
1.2实验过程
实验采用同一系列的40mmX13mmX2mm N80碳钢8片，先用砂纸除去碳钢表面的锈，再用95%的乙醇溶液清洗钢片，在通风处吹干。两片钢片为一组，取100 mL的盐酸，加入规格为100 mL的细口锥形瓶中，用细绳将钢片悬挂且完全浸没在盐酸里。将锥形瓶放在30℃，40℃，50℃，60℃的恒温水浴锅中反应l h后取出，洗净，吹干，在分析天平上称重。
用失重法分别得到未加缓蚀剂的失重量，以及加入甲醛缩苯胺、肉桂醛缩苯胺两种缓蚀剂的失重量，根据失重量算出腐蚀率。
腐蚀率的计算公式如下：
式中，V为腐蚀速率[g/（m2·h）]，W0和W分别为腐蚀前和腐蚀后的挂片质量（g），S为挂片表面积（m-2），t为腐蚀时间（h）。
再根据腐蚀率计算缓蚀剂的缓蚀率η，计算公式为：
其中，V，V0为单位时间内单位质量的金属有无缓蚀剂的腐蚀量。
2 结果与讨论
2.1不同温度下两种缓蚀剂的腐蚀速率
根据实验测得的甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺的失重量，按照腐蚀速率公式计算得出图l的腐蚀速率曲线。甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺相比未加缓蚀剂的酸液，腐蚀速率明显下降，30℃时，盐酸的腐蚀速率为18.49 g/（m2·h），而肉桂醛缩苯胺为1.44 g/（m2·h）。温度升高时，两种缓蚀剂的腐蚀速率都增大，温度较低时，两种缓蚀剂腐蚀速率增加的都比较平缓，50～60℃时，两种缓蚀剂的腐蚀速率曲线斜率的趋势均增大。与肉桂醛缩苯胺相比，甲醛缩苯胺受温度影响更大，温度增加时，腐蚀速率增大的趋势更明显。温度较低时，两种缓蚀剂缓蚀效果都很好，50℃以上时，用肉桂醛缩苯胺缓蚀效果相对较好。
2.2不同温度下两种缓蚀剂的曲线
根据图1的腐蚀速率，可以利用缓蚀速率公式求出两种席夫碱的缓蚀率，如图2所示。甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺的缓蚀率有一定的区别，30℃时，肉桂醛缩苯胺的缓蚀率为92.22%，相比于甲醛缩苯胺的72.79%，肉桂醛缩苯胺的缓蚀率非常好，受温度的影响也比较小。与图l联系，可得出肉桂醛缩苯胺对碳钢的缓蚀效果比甲醛缩苯胺的效果好，其在温度较高时也有良好的缓蚀能力。
2.3缓蚀剂在动力学上的影响
化学动力学在研究反应速率和反应机理上有重大意义。动力学研究中的阿伦尼乌斯公式是反映化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式，公式表示为：
两边取对数，得：
其中，K为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为表观活化能，A为指前因子。图3为Arrhenius曲线，选取两组缓蚀效果好的两种席夫碱，以反应速率常数的对数1nv为纵坐标，以反应温度倒数的1000倍为横坐标作图，得到两种席夫碱的Arrhenius曲线。图3中，直线的斜率为-Ea/R，由Arrhenius公式可知，Ea越大，则斜率越大，缓蚀效果越好，因为活化能增大，导致酸液腐蚀钢片需要克服的活化能所需的能量更大，腐蚀更困难，从而有效减缓腐蚀速率。根据计算，未加缓蚀剂的盐酸的活化能为56.88KJ/mol，甲醛缩苯胺的活化能为72.13KJ/mol，肉桂醛缩苯胺的活化能为74.27KJ/mol，加了缓蚀剂的活化能增大，且肉桂醛缩苯胺的活化能比甲醛缩苯胺的活化能大，可知肉桂醛缩苯胺作为缓蚀剂的缓蚀效果更好，与前面得出的结论相一致。
3 结语
本实验采用静态失重法，研究了甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺两种不同席夫碱，在温度范围为30～60℃内的酸液中N80碳钢的缓蚀效率。研究结果表明：（1）合成的甲醛缩苯胺和肉桂醛缩苯胺都有良好的缓蚀效果。在30℃时，两种席夫碱的缓蚀效果几乎无差别，随着温度逐渐升高，两种席夫碱的腐蚀速率都有增加的趋势。（2）两种席夫碱的缓蚀能力中，肉桂醛缩苯胺的缓蚀能力比甲醛缩苯胺的更好，其受温度的影响比甲醛缩苯胺弱，即温度越大，甲醛缩苯胺的缓蚀效果越差。肉桂醛缩苯胺的活化能大，作为缓蚀剂时碳钢的失重率小，能起到很好的缓蚀作用。
[参考文献]
[1]刘丽.缓蚀剂在金属防腐技术中的应用[J].广东化工，2014， 41（18）：123.
[2]KSTC，EMREGI K C， ATAKOL O.Schiff bases of increasing cpmplexity as mild steel corrosion inhibitors in 2M HCl[J].Corrosion Science， 2007， 49 （7）： 2800-2814.