一種抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑的制作方法

本發(fā)明涉及一種緩蝕劑，具體涉及一種抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑，屬于化學技術領域。

背景技術：

銅是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬，由于其具有優(yōu)異的強度、良好的機械加工性能、導電性、可焊接性及耐腐蝕性等特點，長期以來在化工、軍事及民用等領域均得到了廣泛的應用，尤其在化工領域應用最普遍。而大多數(shù)化工廠的條件都比較苛刻，高溫高壓，強酸強堿。在這樣的環(huán)境下，金屬銅很容易被腐蝕，進而會給化工生產(chǎn)帶來一些不必要的重大損失，為此對銅的防腐研究就顯得尤為重要。

緩蝕劑作為一種高效的防腐手段已被大多數(shù)學者研究分析并應用在工業(yè)生產(chǎn)中。近年來，也有越來越多的學者將兩種緩蝕劑通過一定的比例復配，再研究其對金屬或合金腐蝕速率的影響。復配緩蝕劑很好的綜合了單一緩蝕劑的優(yōu)點，兩種或兩種以上緩蝕劑發(fā)生協(xié)同反應，可以更加有效地提高復配緩蝕劑的緩蝕效率。

對于銅在酸性介質中的腐蝕，學者們也研究討論了一些復配緩蝕劑，效果顯著。但是，他們所選的緩蝕劑如硫脲受熱會釋放出氮、硫的氧化物等有毒氣體，六亞甲基四胺高度易燃并且對皮膚有刺激作用。

因此，尋找一種綠色環(huán)保的復配緩蝕劑來解決銅在酸性介質中的腐蝕變得尤為重要。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高效抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案：

一種抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑，其特征在于，由鉬酸鈉溶液和香草醛溶液復配而成。

前述的抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑，其特征在于，復配后，鉬酸鈉的濃度為0.01mol/l～0.1mol/l，香草醛的濃度為0.005mol/l～0.015mol/l。

前述的抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑，其特征在于，復配后，鉬酸鈉的濃度為0.05mol/l，香草醛的濃度為0.015mol/l。

前述的抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑，其特征在于，稀釋鉬酸鈉所用的溶劑為蒸餾水。

前述的抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑，其特征在于，稀釋香草醛所用的溶劑為蒸餾水。

前述的抑制銅在酸性介質中腐蝕的綠色環(huán)保型復配緩蝕劑，其特征在于，前述酸性介質為質量分數(shù)為15％的鹽酸溶液。

本發(fā)明的有益之處在于：

1、鉬酸鈉是一種常用的陽極型緩蝕劑，屬于無機緩蝕劑，香草醛是一種醛類有機物，大量存在于甜菜、香草豆等植物體內，易于提取，環(huán)保、健康，屬于有機緩蝕劑，本發(fā)明將對人體和環(huán)境都無害的鉬酸鈉和香草醛進行復配，有效減少了有害緩蝕劑對環(huán)境和人類的危害，是一種綠色環(huán)保型復合緩蝕劑；

2、試驗證明，鉬酸鈉和香草醛復配后發(fā)生了協(xié)同效應，使得金屬表面的膜層的致密度更好，覆蓋度更大，有效地阻止了氯離子對銅的破壞，使得緩蝕效果更好，有效地減小了金屬銅的腐蝕速率，延長了金屬銅的使用壽命；

3、本發(fā)明的復配緩蝕劑制備方法簡單，成本較低，便于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是25℃時，銅在不同濃度的單一鉬酸鈉緩蝕劑中的tafel極化曲線；

圖2是25℃時，銅在不同濃度的單一鉬酸鈉緩蝕劑中的nyquist曲線；

圖3是25℃時，銅在不同濃度的復配緩蝕劑中的tafel極化曲線；

圖4是25℃時，銅在不同濃度的復配緩蝕劑中的nyquist曲線；

圖5是25℃時，銅在不同濃度的復配緩蝕劑中的bode曲線；

圖6是在酸性介質中，不同緩蝕劑的緩蝕效率比較圖；

圖7(a)是金屬銅在15％鹽酸中的sem圖；

圖7(b)是金屬銅在0.05mol/l鉬酸鈉溶液中的sem圖；

圖7(c)是金屬銅在0.05mol/l鉬酸鈉+0.015mol/l香草醛復配溶液中的sem圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。

一、配制鉬酸鈉溶液

鉬酸鈉為國藥集團化學試劑，分析純，白色固體晶粒。

用分析天平稱取適量鉬酸鈉晶體顆粒，溶解于一定體積的蒸餾水中，得到鉬酸鈉溶液。

鉬酸鈉是一種常用的陽極型緩蝕劑，屬于無機緩蝕劑，對人體和環(huán)境都無害。

二、配制香草醛溶液

香草醛為國藥集團化學試劑，分析純，白色粉末狀。

用分析天平稱取適量香草醛粉末，溶于一定體積的蒸餾水中，得到香草醛溶液。

香草醛是一種醛類有機物，大量存在于甜菜、香草豆等植物體內，易于提取，環(huán)保、健康，屬于有機緩蝕劑，對人體和環(huán)境都無害。

三、復配

取適量鉬酸鈉溶液和適量香草醛溶液，將兩種溶液混合到一起，攪拌均勻即可，復配后，鉬酸鈉的濃度為0.01mol/l～0.1mol/l，香草醛的濃度為0.005mol/l～0.015mol/l。

在本實施例中，復配后，鉬酸鈉的濃度為0.05mol/l，香草醛的濃度為0.015mol/l。

本發(fā)明將對人體和環(huán)境都無害的鉬酸鈉和香草醛進行復配，有效減少了有害緩蝕劑對環(huán)境和人類的危害，是一種綠色環(huán)保型復合緩蝕劑。

四、性能評價試驗及結果

1、性能評價試驗

(1)處理金屬銅樣品

先用線切割法將銅片加工成規(guī)格為ф14.5mm×3mm的圓片，然后把樣品測試面用400#、800#、1000#和1200#的金相砂紙逐級打磨，再用拋光機拋光，最后依次用丙酮、乙醇和重蒸水清洗，干燥后備用。

(2)對金屬銅樣品進行腐蝕試驗

以質量分數(shù)為15％的鹽酸溶液為酸性介質，將金屬銅樣品放入不同濃度的50ml單一鉬酸鈉緩蝕劑中(25℃)和不同濃度的55ml復配緩蝕劑中(25℃)，浸泡12h-18h，然后取出置于20ml的鹽酸溶液中待測。

(3)進行電化學測試

對浸泡后的金屬銅樣品進行電化學實驗測試，包括：極化曲線和阻抗曲線(均重復三次)，同時利用軟件對所得曲線進行擬合，得到腐蝕動電位擬合參數(shù)和阻抗擬合參數(shù)。

(4)進行sem測試

將浸泡后的金屬銅樣品用乙醇清洗，干燥后進行sem測試。

2、試驗結果

(1)電化學測試結果

銅在不同濃度單一鉬酸鈉緩蝕劑中的動電位極化曲線如圖1所示。

利用軟件對所得動電位極化曲線進行擬合，得到的腐蝕動電位擬合參數(shù)見表1。

表1銅在單一鉬酸鈉緩蝕劑中的動電位擬合參數(shù)

從圖1和表1可以看出：未加入緩蝕劑時，腐蝕電流密度為63.137×10^-5a·cm^-2；加入不同濃度的單一鉬酸鈉緩蝕劑之后，極化曲線均出現(xiàn)了不同程度的左移，表明緩蝕劑的加入降低了銅在鹽酸介質中的腐蝕電流密度，金屬的腐蝕速率減??；當鉬酸鈉的濃度為50mm(0.05mol/l)時，腐蝕電流密度最小，為15.716×10^-5a·cm^-2，說明此濃度下的緩蝕效果最佳。

銅在不同濃度的單一鉬酸鈉緩蝕劑中的nyquist曲線如圖2所示。

利用軟件對所得nyquist曲線進行擬合，得到的阻抗擬合參數(shù)見表2。

表2銅在單一鉬酸鈉緩蝕劑中的阻抗擬合參數(shù)

從圖2和表2可以看出：未加入緩蝕劑時，容抗弧的半徑較小，溶液中的電荷轉移電阻為10.63ω·cm²；加入不同濃度的鉬酸鈉緩蝕劑后，容抗弧的半徑均出現(xiàn)了不同程度的增大，表明緩蝕劑的加入使得溶液中的電荷轉移電阻增大，其中最大的電荷轉移電阻為20.44ω·cm²，此時溶液中金屬表面保護膜的覆蓋度最大，為47.99％，這與極化曲線的分子結果一致，說明緩蝕劑的加入使得腐蝕離子的擴散受到了不同程度的阻礙作用，金屬的腐蝕程度降低。

銅在不同濃度的復配緩蝕劑(此時鉬酸鈉的濃度取單一時的最佳緩蝕效果時的濃度，即50mm)中的tafel極化曲線如圖3所示。

利用軟件對所得tafel極化曲線進行擬合，得到的擬合動電位參數(shù)見表3(鹽酸濃度為4.865mol/l)。

表3銅在不同濃度復配緩蝕劑中的動電位擬合參數(shù)

從圖3和表3可以明顯地看出：加入不同濃度的復配緩蝕劑后，極化曲線均出現(xiàn)了左移，且與圖1中的左移程度相比，幅度更大一些；最小腐蝕電流密度為3.655×10^-5a·cm^-2，也比單一緩蝕劑的最小電流密度小。以上說明，復配緩蝕劑比單一緩蝕劑更能有效阻止銅在15％鹽酸介質中的腐蝕，緩蝕效果更好。

銅在不同濃度的復配緩蝕劑(此時鉬酸鈉的濃度取單一時的最佳緩蝕效果時的濃度，即50mm)中的nyquist曲線如圖4所示，bode曲線如圖5所示。

利用軟件對所得nyquist曲線和bode曲線進行擬合，得到的阻抗擬合參數(shù)見表4(鹽酸濃度為4.865mol/l)。

表4銅在不同濃度復配緩蝕劑中的阻抗擬合參數(shù)

從圖4、圖5和表4可以明顯地看出：當鉬酸鈉緩蝕劑的濃度為50mm時，加入不同濃度的香草醛緩蝕劑后，容抗弧的半徑均增大了，與圖2中的增大程度相比，幅度也更大；溶液中電荷轉移電阻最大為174.11ω·cm²，此時銅表面的保護膜層的覆蓋度為93.90％，遠大于單一緩蝕劑存在時的膜層覆蓋度。這說明該復配緩蝕劑加入后，兩種緩蝕劑發(fā)生了協(xié)同效應，使得金屬表面的膜層的致密度更好，覆蓋度更大，有效地阻止了氯離子對銅的破壞，使得緩蝕效果更好。

與此同時，我們查閱相關文獻發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)同種條件下各種銅緩蝕劑對金屬銅在質量分數(shù)為15％的鹽酸介質中的緩蝕效率比較如圖6所示。

在圖6中，第1組～第6組均為文獻中研究的銅緩蝕劑，第7組為本發(fā)明的復配緩蝕劑，不難發(fā)現(xiàn)，前6組銅緩蝕劑的緩蝕效率大多處于53.43％到92.37％之間，而本發(fā)明的復配緩蝕劑的緩蝕效率為93.90％，比較之下，本發(fā)明的復配緩蝕劑的發(fā)展前景更為廣闊。

注：pasp為聚天冬氨酸，mtz為1-(2-二甲基氨基乙基)-1h-5巰基四氮唑，gb為緩蝕劑(gr-912)和苯駢三氮唑，phen為鄰菲羅啉，4-bmim為1-甲基-3-(4-硫酸基丁基)咪唑硫酸鹽，2-heim為2-己基咪唑。

(2)sem測試結果

金屬銅在不同介質中的微觀形貌如圖7(a)、圖7(b)和圖7(c)所示。其中：

圖7(a)是金屬銅在未加任何緩蝕劑的單獨鹽酸介質中的sem圖，從圖中可以看出，未加緩蝕劑時，腐蝕離子對銅表面的破壞較為嚴重，甚至出現(xiàn)了黑色的腐蝕坑；

圖7(b)是金屬銅在鹽酸介質中加入50mm的鉬酸鈉之后的sem圖，從圖中可以看出，銅表面覆蓋了一層不均勻的薄膜，保護了金屬使其表面未受到腐蝕離子的侵蝕；

圖7(c)是金屬銅在鹽酸介質中加入鉬酸鈉(50mm)和香草醛(15mm)的復配緩蝕劑后的sem圖，從圖中可以明顯的看出在金屬銅的表面覆蓋了一層不規(guī)則片狀的保護膜，覆蓋的面積比單獨鉬酸鈉存在時更大，這表明復配緩蝕劑能更好的阻止腐蝕離子進入金屬表面，對銅在鹽酸介質中的腐蝕有很好的緩蝕作用。

綜上所述，鉬酸鈉和香草醛復配后發(fā)生了協(xié)同效應，使得金屬表面的膜層的致密度更好，覆蓋度更大，有效地阻止了氯離子對銅的破壞，使得緩蝕效果更好，有效地減小了金屬銅的腐蝕速率，延長了金屬銅的使用壽命。

需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。