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缓蚀剂作用机理的研究

发布日期:2015-04-01 00:06:59
缓蚀剂作用机理的研究
随着相关学科的发展,缓蚀剂理论研究也取得了较大的发展,如从研究吸附 膜、成相膜的缓蚀机理到研究分子结构与缓蚀性能和作用机理之间的关系等,已 逐步形成了一门相对独立的分支学科。从文献报道来看,一般是从三个方面对缓 蚀剂的作用机理进行探讨,即:一,缓蚀剂的吸附作用。认为只有那些具备吸附 竞争能力的组分才能发挥有效的缓蚀作用。影响吸附能力的主要因素有金属的表 面电荷、吸附功能团的结构和介质组分的影响二,缓蚀剂的作用类型, 即吸附后缓蚀剂抑制金属腐蚀过程的方式。一般认为缓蚀作用是通过以下两个途 径来实现的:一是阻化效应,即缓蚀剂分子吸附在金属表面电极反应活性点上, 增加了腐蚀反应的活化能,致使腐蚀速率迅速降低。二是覆盖效应,即缓蚀剂分 子吸附在整个金属表面,无选择地抑制整个腐蚀反应[3"_32];三,分子结构对缓 蚀作用地影响。普通的观点是分子必须要有能与金属表面发生吸附的极性基团, 它的非极性基团要有一定的投影面积,以保证能有效地隔离金属与腐蚀介质,最 好存在多个活性中心,以利于增大覆盖度。对于阳离子缓蚀剂的吸附,特性吸附 阴离子的存在能显著提高缓蚀效率,这是因为这些阴离子吸附于带正电荷的金属 表面,或者发生特性吸附使零电位负移,导致金属表面带负电荷,有利于阳离子 的吸附
根据文献报道,用软硬碱理论(HSAB)研究缓蚀剂已取得了很大的成绩 。用Lewis酸碱理论研究缓蚀剂,是1961年由Hackennan首次提出的1391,他 认为有机缓蚀剂的中心原子是电子给予体,是Lewis碱,而金属则是电子接受体, 是Lewis酸,因此按照HSAB理论就可以解释缓蚀剂的作用机理,并且为设计、 寻找新型缓蚀剂提供理论依据.今年来,除了拥HSAB理论研究缓蚀剂外,量子 化学理论也已开始用于缓蚀作用机理的研究,在V0sta和Eliasek"”首次 报道了用量子化学方法研究缓蚀机理之后,许多学者采用量子化学方法研究缓蚀 机理
我国缓蚀剂的理论研究,主要集中在中科院金属腐蚀与防护研究所、北京大 学、天津大学等进行。中科院金属腐蚀与防护研究所的曹楚南院士等用稳态极化 曲线,线性极化曲线,交流阻抗研究了酸性介质中吸附型缓蚀剂的电化学参数, 并进行了缓蚀机理分析,提出了覆盖效应,负催化效应等缓蚀理论模型及数据处 理分析方法[“]。杨文治教授用光电子能谱法,俄歇电子能谱法,激光椭圆光度 法等研究了农盐酸中缓蚀剂的缓蚀机理。此外,宋诗折,唐子龙,王海龙等研究 工作者,采用量子化学法研究缓蚀机理,通过大量计算,找出苯胺、咪唑啉、酰 胺、羧酸等有机化合物及其衍生物的量子参数与缓蚀率之间的关联性。
1.3缓蚀剂作用机理的研究
1.3.1研究现状
随着相关学科的发展,缓蚀剂理论研究也取得了较大的发展,如从研究吸附 膜、成相膜的缓蚀机理到研究分子结构与缓蚀性能和作用机理之间的关系等,已 逐步形成了一门相对独立的分支学科。从文献报道来看,一般是从三个方面对缓 蚀剂的作用机理进行探讨,即:一,缓蚀剂的吸附作用。认为只有那些具备吸附 竞争能力的组分才能发挥有效的缓蚀作用。影响吸附能力的主要因素有金属的表 面电荷、吸附功能团的结构和介质组分的影响二,缓蚀剂的作用类型, 即吸附后缓蚀剂抑制金属腐蚀过程的方式。一般认为缓蚀作用是通过以下两个途 径来实现的:一是阻化效应,即缓蚀剂分子吸附在金属表面电极反应活性点上, 增加了腐蚀反应的活化能,致使腐蚀速率迅速降低。二是覆盖效应,即缓蚀剂分 子吸附在整个金属表面,无选择地抑制整个腐蚀反应[3"_32];三,分子结构对缓 蚀作用地影响。普通的观点是分子必须要有能与金属表面发生吸附的极性基团, 它的非极性基团要有一定的投影面积,以保证能有效地隔离金属与腐蚀介质,最 好存在多个活性中心,以利于增大覆盖度。对于阳离子缓蚀剂的吸附,特性吸附 阴离子的存在能显著提高缓蚀效率,这是因为这些阴离子吸附于带正电荷的金属 表面,或者发生特性吸附使零电位负移,导致金属表面带负电荷,有利于阳离子 的吸附
根据文献报道,用软硬碱理论(HSAB)研究缓蚀剂已取得了很大的成绩 。用Lewis酸碱理论研究缓蚀剂,是1961年由Hackennan首次提出的1391,他 认为有机缓蚀剂的中心原子是电子给予体,是Lewis碱,而金属则是电子接受体, 是Lewis酸,因此按照HSAB理论就可以解释缓蚀剂的作用机理,并且为设计、 寻找新型缓蚀剂提供理论依据.今年来,除了拥HSAB理论研究缓蚀剂外,量子 化学理论也已开始用于缓蚀作用机理的研究,在V0sta和Eliasek"”首次 报道了用量子化学方法研究缓蚀机理之后,许多学者采用量子化学方法研究缓蚀 机理
我国缓蚀剂的理论研究,主要集中在中科院金属腐蚀与防护研究所、北京大 学、天津大学等进行。中科院金属腐蚀与防护研究所的曹楚南院士等用稳态极化 曲线,线性极化曲线,交流阻抗研究了酸性介质中吸附型缓蚀剂的电化学参数, 并进行了缓蚀机理分析,提出了覆盖效应,负催化效应等缓蚀理论模型及数据处 理分析方法[“]。杨文治教授用光电子能谱法,俄歇电子能谱法,激光椭圆光度 法等研究了农盐酸中缓蚀剂的缓蚀机理。此外,宋诗折,唐子龙,王海龙等研究 工作者,采用量子化学法研究缓蚀机理,通过大量计算,找出苯胺、咪唑啉、酰 胺、羧酸等有机化合物及其衍生物的量子参数与缓蚀率之间的关联性。
缓蚀剂对金属保护作用的机理是腐蚀和防腐研究中一个极为重要的问题,但 是目前尚未有公认一致的见解。一般认为,缓蚀作用机理可以槪括成两种:一是 电化学机理,它以金属表面上发生的电化学过程为基础,解释缓蚀剂的作用。另 一种是物理化学机理,以金属表面发生的物理化学变化为依据t说明缓蚀剂的作 用。这两种机理处理问题的方式不同,但它们并不矛盾,而且还存在着某种因果 联系。缓蚀作用表现在缓蚀剂对金属腐蚀电化学过程的抑制,而这种抑制的根本 原因是由于在金属表面形成了一层保护膜,在金属表面上发生了某种物理化学的 变化。缓蚀剂种类繁多,作用机理相异9每种缓蚀剂的工作机理取决于缓蚀剂的 种类、化学结构、金属种类和环境条件等因素。因此,要正确了解缓蚀机理,必 须根据缓蚀剂的种类和介质性能全面考虑。
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瓜尔胶(瓜尔豆胶)常见问题

Q1. 粘度档位与型号怎么对应?

A:低粘档适合造纸与一般工业添加,中粘档适用矿山与一般絮凝,高粘档用于油田压裂液增稠。选型需同时看目标粘度、加量上限与体系 pH。

Q2. pH 会影响粘度吗?

A:会。瓜尔胶粘度对体系 pH 与电解质浓度较敏感:偏酸偏碱或高价金属离子存在时粘度会下降。在油田、矿浆等复杂体系中应结合实际水样做梯度对照试验。

Q3. 溶解温度有限制吗?

A:建议用 20~40 ℃ 温水边搅拌边缓慢加入。不建议使用 70 ℃ 以上热水,高温会导致分子链降解、溶液粘度明显下降。

Q4. 掺量参考是多少?

A:常规区间为0.1% ~ 1.0%:选矿絮凝通常 0.2%~0.5%,油田压裂液按体系配方在 0.3%~1.5% 调整。掺量升高会明显增加成本且可能影响后续工艺,建议先做梯度小试。

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