用于1045碳鋼鹽酸酸洗溶液的靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于1045碳鋼鹽酸酸洗溶液的靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴 化銨復配緩蝕劑的制備方法。特別是涉及一種通過復配陽離子型有機物的方式來顯著提高 靛藍二磺酸鈉緩蝕劑對1045碳鋼在0. 5mol/LHCl溶液中的緩蝕性能的靛藍二磺酸鈉復 配緩蝕劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 緩蝕劑，作為一種以適當?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境(介質(zhì)）中，并可以防止或減緩 腐蝕的化學物質(zhì)或幾種化學物質(zhì)的混合物。往往加入微量或少量的緩蝕劑就可以使得金屬 材料在該介質(zhì)中的腐蝕速度明顯降低直至為零，同時還能保持金屬材料原來的性質(zhì)不發(fā)生 變化。所以，緩蝕劑作為金屬防腐蝕的一種有效途徑，近年來在酸洗工藝中得到廣泛的開發(fā) 和應用。
[0003] 靛藍作為一種傳統(tǒng)的染料和食用色素，就有來源廣、綠色等優(yōu)點。靛藍分子結(jié)構(gòu)中 的顯色基團都是雜原子和芳香環(huán)等官能團，這些基團往往是有機分子與金屬發(fā)生配位吸附 的活性中心。所以靛藍在理論上是一種近乎完美的緩蝕劑。但是，由于靛藍分子結(jié)構(gòu)上的 高度對稱性，使得靛藍難溶于水，嚴重限制了靛藍在緩蝕劑領(lǐng)域的應用。
[0004] 雖然，2004年E.E.Oguzie等通過將靛藍溶解于濃硫酸（即在靛藍分子結(jié)構(gòu)中引 入磺酸基團來提高靛藍在水溶液中的溶解度)，然后稀釋到適當溶度，來制備出一種僅適用 于硫酸酸洗溶液中，且緩蝕效率常溫下只能最高達到87. 82%。所以，要提高靛藍緩蝕劑的應 用性，從根本上來說就是要改善其分子結(jié)構(gòu)，提高靛藍緩蝕劑在水溶液中的溶解性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為解決傳統(tǒng)靛藍緩蝕劑難溶于水或僅溶解于濃硫酸的不足，提供 一種通過復配芐基三甲基溴化銨的方式來顯著提高靛藍二磺酸鈉緩蝕劑對1045碳鋼在 0. 5mol/LHCl溶液中的緩蝕性能(最高緩蝕性能為95. 2%)的靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基 溴化銨復配緩蝕劑的制備方法。
[0006] 靛藍二磺酸鈉作為靛藍的一種衍生物，其分子結(jié)構(gòu)中引入了兩個磺酸鈉基團，使 得在大大提高其在水中的溶解度的同時，還能提高該緩蝕劑分子在鐵表面的吸附能力。但 是靛藍二磺酸鈉分子在溶液中是以陰離子的形式存在的，它能吸附在陽極區(qū)，促進酸溶液 中的H+在金屬表面放電，發(fā)生析氫反應，從而加速鐵在酸溶液中的腐蝕。
[0007] 為解決靛藍二磺酸鈉促進腐蝕的不足，本發(fā)明采用陽離子型有機物芐基三甲基溴 化銨與靛藍二磺酸鈉形成復配緩蝕劑。使得當?shù)逅{二磺酸鈉以陰離子形式吸附在鐵表面 時，芐基三甲基溴化銨也能同時以陽離子的形式吸附在鐵表面，平衡鐵表面電荷。從而達到 在鐵表面吸附形成緩蝕膜減緩1045碳鋼在0.5mol/LHCl溶液中腐蝕，同時還不會引起酸 溶液中的H+在金屬表面放電，發(fā)生析氫反應。而芐基三甲基溴化銨分子的芐基也能吸附在 鐵表面，使緩蝕膜具有更好的完整性，較大程度的提高了復配緩蝕劑的緩蝕性能。
[0008] 具體步驟為： (1)用量筒量取42. 5mL分析純鹽酸并用蒸餾水稀釋至1L，配制溶度為0. 5mol/L的HCl腐蝕溶液。
[0009] (2)先稱取質(zhì)量為0? 0093~0? 9327g分析純靛藍二磺酸鈉溶解于100mL步驟（1) 所得HCl腐蝕溶液中，在緩慢攪拌下加入0. 0092~0. 9206g分析純芐基三甲基溴化銨，分 析純靛藍二磺酸鈉與分析純芐基三甲基溴化銨摩爾比為1:1~1:3,充分溶解靜置2小時 后采用200mL的容量瓶，以配制好的0.5mol/LHCl溶液進行定容，制備出體積200mL靛 藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑即溶度范圍為〇? 0001mol/L~0? 01mol/L的 腐蝕溶液。
[0010] (3)在室溫下，以包封了環(huán)氧樹脂且一端裸露面積為0. 5024cm2'另一端以銅導線 連接的1045碳鋼棒為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，尺寸為1.0cmX1.8cm的鉑 片電極為對電極，電解池為100mL燒杯，采用CHI760電化學工作站以傳統(tǒng)三電極體系的方 式測量1045碳鋼工作電極在步驟（2)制備好的腐蝕溶液中的交流阻抗數(shù)據(jù)和Tafel極化 曲線數(shù)據(jù)，評價緩蝕性能。
[0011] 靛藍二磺酸鈉的溶度范圍為：0.0001mol/L~0.01mol/L，其中最優(yōu)溶度為0.01 mol/L;芐基三甲基溴化銨的溶度范圍為：0.00002mol/L~0.02mol/L，其中最優(yōu)溶度為 0.02mol/L。靛藍二磺酸鈉與芐基三甲基溴化銨復配比例(摩爾比)范圍為：1:1~1:3,其 中最優(yōu)復配比例為1:2。
[0012] 本發(fā)明的特點在于：于室溫條件下只需要在緩慢攪拌的狀態(tài)下在0.5mol/LHCl 溶液分別加入一定質(zhì)量的靛藍二磺酸鈉和芐基三甲基溴化銨至完全溶解，并靜置2小時， 即可較好的抑制〇. 5mol/LHCl溶液對1045碳鋼的腐蝕。于室溫條件下測試其交流阻抗數(shù) 據(jù)可得出靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑添加溶度范圍在〇. 0001mol/L~ 0. 01mol/L內(nèi)，緩蝕效率最高可達到95. 2%。Tafel極化曲線測試可以得出靛藍二磺酸鈉 /芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑添加溶度范圍在〇? 0001m〇l/L~0? 01mol/L內(nèi)，1045碳 鋼的腐蝕電流密度由659.4yA/cm2減小到33. 2yA/cm2,極大程度的抑制了 1045碳鋼在 0? 5mol/LHCl溶液中的腐蝕速率。
[0013]緩蝕效率(/7R)計算公式如下：
其中Rrt為添加緩蝕劑后的電荷轉(zhuǎn)移阻抗，RL為未添加緩蝕劑的〇. 5MHCl溶液的電 荷轉(zhuǎn)移阻抗。
[0014] 與其他酸洗緩蝕劑相比，本發(fā)明制備的緩蝕劑不但能明顯抑制1045碳鋼在酸洗 工藝的腐蝕速率，而且具有在水溶液中溶解性大，操作簡單，成本低廉，綠色環(huán)保等優(yōu)點。在 工業(yè)生產(chǎn)中的酸洗工藝中廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0015] 圖1是實施例1中交流阻抗測試所得到的Nyquist阻抗圖譜。
[0016] 圖2是實施例1中Tafel極化曲線測試所得到的Tafel極化曲線圖譜。
[0017] 圖3是實施例2中交流阻抗測試所得到的Nyquist阻抗圖譜。
[0018] 圖4是實施例2中Tafel極化曲線測試所得到的Tafel極化曲線圖譜。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1: (1)用量筒量取42. 5mL分析純鹽酸并用蒸餾水稀釋至IL，配制溶度為0. 5mol/L的HCl腐蝕溶液。
[0020] (2)先稱取質(zhì)量為0? 9327g分析純靛藍二磺酸鈉溶解于100mL步驟（1)所得的 0.5mol/LHCl溶液中，然后，在緩慢攪拌的情況下加入摩爾比為1:2的0. 9206g分析純 芐基三甲基溴化銨，分析純靛藍二磺酸鈉與分析純芐基三甲基溴化銨摩爾比為1:2,充分 溶解靜置2小時后采用200mL的容量瓶以配制好的0.5mol/LHCl溶液進行定容，制備出 200mL靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑即溶度為0.01mol/L的腐蝕溶液。
[0021] (3)在室溫下，以包封了環(huán)氧樹脂且一端裸露面積為0. 5024cm2'另一端以銅導線 連接的1045碳鋼棒為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，尺寸為1.0cmX1.8cm的鉑 片電極為對電極，電解池為100mL燒杯，采用CHI760電化學工作站以傳統(tǒng)三電極體系的方 式測量1045碳鋼工作電極在步驟（2)制備好的腐蝕溶液中的交流阻抗數(shù)據(jù)和Tafel極化 曲線數(shù)據(jù)，評價緩蝕性能。
[0022] 圖1是實施例1得到的1045碳鋼在添加靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配 緩蝕劑的〇. 5mol/LHCl溶液中的Nyquist阻抗圖譜。圖2是實施例1得到的添加靛藍二 磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑的Tafel極化曲線圖譜。
[0023] 實施例2 : (1)用量筒量取42. 5mL分析純濃鹽酸并用蒸餾水稀釋至IL，配制溶度為0.5mol/L的HCl腐蝕溶液。
[0024] (2)先稱取質(zhì)量為0.4664g的分析純靛藍二磺酸鈉溶解于100mL步驟（1)配制好 的0. 5mol/LHCl溶液中，緩慢攪拌下加入的0. 4603g分析純芐基三甲基溴化銨，分析純靛 藍二磺酸鈉與分析純芐基三甲基溴化銨摩爾比為1:2,充分溶解靜置2小時后采用200mL 的容量瓶以配制好的0.5mol/LHCl溶液進行定容，制備出200mL靛藍二磺酸鈉/芐基三 甲基溴化銨復配緩蝕劑即溶度為0. 005mol/L的腐蝕溶液。
[0025] (3)在室溫下，以包封了環(huán)氧樹脂且一端裸露面積為0. 5024cm2'另一端以銅導線 連接的1045碳鋼棒為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，尺寸為1.0cmX1.8cm的鉑 片電極為對電極，電解池為100mL燒杯，采用CHI760電化學工作站以傳統(tǒng)三電極體系的方 式測量1045碳鋼工作電極在步驟（2)制備好的腐蝕溶液中的交流阻抗數(shù)據(jù)和Tafel極化 曲線數(shù)據(jù)，評價緩蝕性能。
[0026] 圖3是實施例2得到的1045碳鋼在添加靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配 緩蝕劑的〇. 5mol/LHCl溶液中的Nyquist阻抗圖譜。圖4是實施例2得到的添加靛藍二 磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑的Tafel極化曲線圖譜。
[0027] 圖1~圖4可以突出本發(fā)明的特點。
【主權(quán)項】
1. 一種用于1045碳鋼鹽酸酸洗溶液的靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑 的制備方法，其特征在于具體步驟為： (1) 用量筒量取42. 5 mL分析純鹽酸并用蒸餾水稀釋至1L，配制溶度為0. 5 mol/L的 HCl腐蝕溶液； (2) 先稱取質(zhì)量為0. 0093~0. 9327g分析純靛藍二磺酸鈉溶解于100 mL步驟（1)所 得HCl腐蝕溶液中，緩慢攪拌下加入0. 0092~0. 9206 g分析純芐基三甲基溴化銨，分析純 靛藍二磺酸鈉與分析純芐基三甲基溴化銨摩爾比為1:1~1:3，充分溶解靜置2小時后米 用200 mL的容量瓶以配制好的0.5 mol/L HCl溶液進行定容，制備出200 mL靛藍二磺酸 鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑即溶度范圍為〇. OOOlmol/L~0. 01 mol/L的腐蝕溶液。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于1045碳鋼鹽酸酸洗溶液的靛藍二磺酸鈉/芐基三甲基溴化銨復配緩蝕劑的制備方法。（1）用量筒量取42.5？mL分析純鹽酸并用蒸餾水稀釋至1L，配制溶度為0.5？mol/L的HCl腐蝕溶液；（2）先稱取質(zhì)量為0.0093～0.9327g分析純靛藍二磺酸鈉溶解于100？mL步驟（1）所得HCl腐蝕溶液中，在緩慢攪拌下加入0.0092～0.9206？g分析純芐基三甲基溴化銨，分析純靛藍二磺酸鈉與分析純芐基三甲基溴化銨摩爾比為1:1～1:3,充分溶解靜置2小時后用200？mL的容量瓶以配制好的0.5？mol/L？HCl溶液進行定容。本發(fā)明能明顯抑制1045碳鋼在酸洗工藝的腐蝕速率，在水溶液中溶解性大，操作簡單，成本低廉，綠色環(huán)保。在工業(yè)生產(chǎn)中的酸洗工藝中廣闊的應用前景。
【IPC分類】C23F11/16
【公開號】CN105002505
【申請?zhí)枴緾N201510385196
【發(fā)明人】張哲 , 田寧郴, 李秀瑩, 黃堰
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月3日