張東晉川

(南昌航空大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)系, 南昌 330034)

CTAB溶液中鐵極化曲線的測定

張東晉川

(南昌航空大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)系, 南昌 330034)

碳鋼極化曲線的測定對實際應(yīng)用有著重要的指導(dǎo)意義。實驗采用恒電位法測定碳鋼電極在十六烷基三甲溴化胺(CTAB)的碳酸銨溶液中的陽極極化曲線，研究表面活性劑濃度對碳鋼電極緩蝕效應(yīng)的影響。實驗結(jié)果表明，CTAB表面活性劑的加入對碳鋼電極有較好的緩蝕作用，可以減小極化曲線的峰值電流；表面活性劑在一定濃度，其緩蝕作用越強，峰值電流越小。

陽極極化；十六烷基三甲溴化胺；鈍化；緩蝕劑

金屬腐蝕不僅使大量金屬材料及設(shè)備損壞而報廢，而且會污染土壤和水源造成環(huán)境安全問題。如何有效減緩或者防止金屬腐蝕，提高金屬的防護效率和改善生產(chǎn)環(huán)境有重要意義[1-2]。目前，減緩或者防止金屬腐蝕的措施很多，加入緩蝕劑是其中的有效手段之一。十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)是陽離子表面活性劑，其獨特的分子結(jié)構(gòu)而得到廣泛應(yīng)用。

本文以CTAB為例[3]，研究碳鋼在飽和碳酸銨溶液中的陽極過程，腐蝕速度可用陽極極化曲線峰值電流來描述。當(dāng)體系中加入不同濃度的CTAB后，峰值電流有明顯的變化。因此，采用陽極極化曲線峰值電流可直觀反映測定體系，并可由峰值電流快速、簡便地求出相對應(yīng)的緩蝕效率。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

實驗所用的試劑為十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、無水乙醇和碳酸銨；實驗所用的水溶液為三次蒸餾水；實驗所用的儀器為恒電位儀。

1.2 實驗方法

極化曲線的測定[4]：實驗采用三電極體系，研究電極為普通碳鋼電極，表面積1 cm2，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極。相對緩蝕效率由式(1)計算：

(1)

式中，i0為未加緩蝕劑時的峰值電流；ic為加緩蝕劑時的峰值電流。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗原理

將碳鋼電極浸在電解液中，在金屬與溶液之間就會形成電位，這種電位被稱為金屬在該溶液中的電極電位。當(dāng)有外加電流通過此電極電位時，其電極電位會發(fā)生變化。電流通過電極而導(dǎo)致電極電勢偏離平衡值的現(xiàn)象被稱為電極的極化。

描述電流密度與電極電勢之間的關(guān)系曲線被稱作極化曲線。

金屬的陽極過程是指金屬作為陽極時在一定的外電勢下發(fā)生的陽極溶解過程，如式(2)所示：

M→Mn++ne

(2)

陽極的溶解速度隨電位變正而逐漸增大，這是正常的陽極溶出，當(dāng)陽極電勢正到某一數(shù)值時，其溶解速率達到最大值，此后，陽極溶解速度隨電勢變正反而大幅度降低。這種現(xiàn)象稱為金屬的鈍化現(xiàn)象[4]。圖1是典型金屬陽極化曲線，其中，A-B是活性溶解區(qū)，B是臨界鈍化點，B-C是過渡鈍化區(qū)，C-D是穩(wěn)定鈍化區(qū)，D-E是超鈍化區(qū)。CTAB就是在一定條件下，能通過其作用(降低B點電流，擴大鈍化區(qū))在金屬表面形成一層致密氧化膜(鈍化膜)，以增強金屬的防腐能力的化學(xué)藥劑[5]。

圖1 典型金屬陽極化曲線

2.2 碳鋼在2 mol/L(NH)4CO3溶液中的陽極極化曲線

圖2為碳鋼在室溫下,在2 mol/L(NH)4CO3溶液中測得的陽極極化曲線。

圖2 碳鋼在2 mol/L(NH)4CO3溶液中的陽極極化曲線

其曲線分為四個不同的區(qū)域[6]：從掃描起始電位-0.801 V開始至-0.641 V，鐵電極處于活性溶解區(qū), 腐蝕電流密度(以絕對值表示) 隨電位的升高而迅速增大；當(dāng)電位達到-0.641 V，電流達到最大值7.75 mA；在-0.501～0.979 V，電極進入穩(wěn)定鈍化狀態(tài)；當(dāng)電位高于0.979 V時，電極進入超鈍化區(qū)。

2.3 加入不同濃度CTAB對碳鋼電極的緩蝕作用

將CTAB配制成不同比例的溶液分別加入2 mol/L(NH)4CO3溶液中，測定其陽極極化曲線，求出腐蝕電流和緩蝕效率。極化曲線如圖3所示，實驗結(jié)果見表1。

圖3 加入1.0(mmol·L-1)CTAB緩蝕劑極化曲線

CTAB/(mmol·L-1)(NH)4CO3/(mol·L-1)最大電流值/mA鈍化區(qū)/V緩蝕率/027 75-0 501～0 97900 227 63-0 476～0 9841 550 527 60-0 482～0 9981 941 026 05-0 482～0 99921 941 527 49-0 480～0 9803 351 827 51-0 477～0 9793 072 027 71-0 462～0 9780 52

陽離子表面活性劑CTAB的加入降低了碳鋼電極的峰值電流，且緩蝕效率隨著表面活性劑濃度的增加而增加；當(dāng)表面活性劑增加到一定濃度時，緩蝕效率達到最大，隨后緩蝕效率隨緩蝕劑的加入量增加而逐漸減少。CTAB緩蝕劑加入前后，鈍化區(qū)發(fā)生了一定變化。CTAB在碳鋼電極上的吸附屬于物理型吸附，且原子N都含有未共用電子對，可以與緩蝕介質(zhì)中的氫離子或其他陽離子形成鎓離子。例如，C12H25N+(CH3)3Br-+H=C12H25N+(CH3)Br-H+，這個帶正電荷的鎓離子將吸附到金屬表面的陰極區(qū)，使陰極區(qū)帶有正的過剩電荷。碳酸銨溶液中的氫離子就不容易再接近陰極區(qū)，因而提高了氫離子在陰極區(qū)的反應(yīng)過電位，降低了腐蝕速度。從鎓離子在陰極區(qū)的吸附可以看出，由于鎓離子帶正電荷，故陰極區(qū)帶負(fù)電荷時，吸附效果最好。當(dāng)緩蝕劑加入量增加到一定量時，陽離子達到飽和，這時緩蝕效果最好，但繼續(xù)加入緩蝕劑反而會破壞這種平衡，從而緩蝕率降低[7-8]。

3 結(jié)束語

本實驗考察了CTAB表面活性劑在碳酸銨溶液中對碳鋼電極的緩蝕效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CTAB表面活性劑的加入會降低極化曲線的峰值電流，起到一定的防止電極腐蝕的作用，并且腐蝕效率會隨著表面活性劑濃度的增加而變化，當(dāng)表面活性CTAB增加到一定濃度時其緩蝕效率最高。表面活性劑作為緩蝕劑是通過吸附作用吸附在金屬表面，改變金屬表面性質(zhì)從而達到緩蝕的目的。

[1]高穎，鄔冰. 電化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 楊文治. 電化學(xué)基礎(chǔ) [M].北京：北京大學(xué)出版社，1982.

[3]吳振玉．Gemimi表面活性劑在酸性溶液中對金屬的緩蝕性能研究[D].長沙：中南大學(xué),2011.

[4]傅賢彩，沈文霞，姚天楊，等.物理化學(xué)(下冊)[M]. 北京：高等教育出版社，2006：119-122.

[5] 吳輝煌. 電極電位的若干現(xiàn)行概念[J]. 化學(xué)通報，1990(3)：52.

[6]張鵬輝, 楊仕豪, 莫麗兒. 鐵和碳鋼在濃堿溶液中的陽極極化曲線[J].廣州化工，2007，35(5)：43-45.

[7]張曉冉，王偉，郝艷玲，等.表面活性劑溶液中鐵極化曲線的測[J].聊城大學(xué)學(xué)報，2013，26(3):49-52.

[8]趙建國，彭玉苓.有機緩蝕劑的表面活性對金屬吸附與腐蝕行為的影響[J]．腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2008(5)：353-357.

Research on the Polarization Curves of Iron Electrode in CTAB

ZHANG Dongjinchuan

(Department of Environment and Chemistry, Nanchang Aviation University，Nanchang 330034, China)

Carbon steel of polarization curve measurement has important guiding significance for practical application. This experiment adopts the carbon electrode to determine the anode polarization curve by potentiostatic method in the ammonium carbonate solution of CTAB, in order to study the effect of surfactant concentration on the corrosion of carbon steel electrode. The influence of the experimental results shows that the addition of CTAB surfactant for carbon steel electrode has better corrosion effect, can reduce the peak current of polarization curve. While adding a certain concentration of surfactants, the stronger the corrosion inhibition, the smaller the peak current.

anodic polarization；CTAB；passivation；corrosion inhibitor

2014-06-29；修改日期: 2014-08-19

張東晉川(1994-)，男，本科在讀，專業(yè)方向：應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。

TG142.31；TG174

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.070