水解聚丙烯酰胺对碳钢在海水中的缓蚀研究
实施海洋开发，成为新世纪重要的经济增长点。在所有涉海产业中，金属的腐蚀都是最难克服的问题。腐蚀防护的手段有多种，其中添加缓蚀剂作为一种效果明显、成本较低、工艺简单的方法，越来越受到人们的重视。近年来，政府不断加大环保力度，因而缓蚀剂的选择也向着新型绿色的方向发展。油田使用的水解聚丙烯酰胺(HPAM)，在金属表面有一定吸附作用，又因其为环境友好型试剂，可开发在海水缓蚀剂领域的应用。
针对HPAM在海水中的缓蚀性能，本论文主要从三个方面进行了研究：1、观测Q235钢在添加HPAM的海水中的腐蚀行为，并分析了缓蚀效能随浓度等条件的变化规律；2、结合量子化学计算等手段，对HPAM在碳钢表面的吸附和缓-蚀机理进行了深入的理论分析；3、将HPAM与无机缓蚀剂复配，积累数据，探索其协同效应的机理和应用价值。
全文的具体研究方法及结论如下：
1.在常温下利用失重法、极化曲线、电化学阻抗以及各种宏观和微观观察方法，对添加不同浓度HPAM、不同浸泡时间下的Q235钢试样，进行了腐蚀规律研究，发现Q235钢在天然海水中腐蚀严重，加入不同浓度HPAM缓蚀剂后，腐蚀电流密度减小，腐蚀速率减小，且随投加浓度的增加，缓蚀率先增大后减小，400mg/L时缓蚀率达到峰值65％。同时根据电化学曲线分析得出，HPAM为偏阴极型的缓蚀剂，在Q235钢表面是多分子层吸附。
2.采用B3LYP密度泛函方法，得到了HPAM的空间优化构型，从各原子Mulliken电荷分析的结果来看，位于同一侧的O和N原子上带有较强的负电性，可能成为在碳钢表面阳极区吸附的活性中心。然后探索了HPAM的前线分子轨道，发现O原子HOMO电子云分布密度最大，因此其对吸附的贡献较大。总的来看，HPAM与碳钢表面的吸附，是静电吸引和HPAM分子轨道-Fe原子d轨道形成化学键的综合作用的结果。
3.分别以不同浓度的硫酸锌和HPAM复配，在常温下使用三种手段评价了缓蚀效果。发现单独使用硫酸锌效果不理想，HPAM和硫酸锌联合使用，比使用单一组分的缓蚀率有大幅提升，最高达到85％左右，说明HPAM和硫酸锌存在协同效应。极化曲线可以看出二者复配为混合型缓蚀剂，能够对阴极和阳极反应同时造成抑制。对腐蚀产物进行宏观和SEM观察，发现吸附膜可能为二者鳌合物。
另外，论文还针对有机缓蚀剂结构与缓蚀效能的关系，进行了理论研究。得到了一些规律——包含电负性官能团和双键或三键π电子的有机物，能在金属表面形成有效的化学吸附，因而这种活性基团越多，缓蚀效能就越高。另一方面，分子的正电性是静电吸附的主要影响因素，具有吸电子特性的取代基可以强化在金属负电区的静电吸附。同时，较为稳定的鳌合结构更有利于发挥效能。
水解聚丙烯酰胺;海水缓蚀剂;缓蚀机理;协同效应;鳌合结构;碳钢
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
尹衍升
2008
中文
TG174.21
59
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）