高等学校化学学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (12): 2556-.doi: 10.7503/cjcu20190370
收稿日期:
2019-07-03
出版日期:
2019-12-04
发布日期:
2019-12-04
通讯作者:
张光华
E-mail:zhanggh@sust.edu.cn
基金资助:
Qiuchen DONG1,Guanghua ZHANG1,*(),Wanbin ZHANG2,Xue ZHANG1,Jing LIU1
Received:
2019-07-03
Online:
2019-12-04
Published:
2019-12-04
Contact:
Guanghua ZHANG
E-mail:zhanggh@sust.edu.cn
Supported by:
摘要:
以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为母体、 对氯甲基苯乙烯为季铵化试剂, 合成了一种具有疏水结构的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯型离子液体(DEMA). 通过失重实验、 电化学分析、 原子力显微镜(AFM)、 接触角测试和量子化学计算等研究了DEMA在1 mol/L盐酸中对Q235钢的缓蚀性能, 并揭示了其在Q235钢表面的吸附行为和吸附机理. 失重实验结果表明, DEMA在盐酸中对Q235钢具有优异的缓蚀效果, 且在较高温度(60 ℃)下也能保持高效吸附; 电化学实验结果与失重测试结果一致; 接触角测试结果表明, DEMA可明显增强Q235钢表面的疏水性; 分析热力学参数可知, DEMA在Q235钢表面的吸附为自发、 放热过程, 符合Langmuir等温式, 且以化学吸附为主; 量子化学计算结果证实DEMA的结构中包含大量吸附活性位点.
中图分类号:
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Temp./℃ | c(DEMA)/ (mg·L-1) | v/(mg· cm-2·h-1) | θ | ηw(%) | Temp./℃ | c(DEMA)/ (mg·L-1) | v/(mg· cm-2·h-1) | θ | ηw(%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
30 | 0 | 2.7016 | — | — | 50 | 0 | 6.7581 | — | — |
20 | 0.0824 | 0.9695 | 96.95 | 20 | 0.3899 | 0.9423 | 94.23 | ||
40 | 0.0686 | 0.9746 | 97.46 | 40 | 0.3393 | 0.9498 | 94.98 | ||
60 | 0.0546 | 0.9798 | 97.98 | 60 | 0.2879 | 0.9574 | 95.74 | ||
80 | 0.0413 | 0.9847 | 98.47 | 80 | 0.2467 | 0.9635 | 96.35 | ||
100 | 0.0394 | 0.9854 | 98.54 | 100 | 0.2041 | 0.9698 | 96.98 | ||
40 | 0 | 4.3276 | — | — | 60 | 0 | 10.5565 | — | — |
20 | 0.1878 | 0.9566 | 95.66 | 20 | 0.6957 | 0.9341 | 93.41 | ||
40 | 0.1580 | 0.9635 | 96.35 | 40 | 0.5510 | 0.9478 | 94.78 | ||
60 | 0.1389 | 0.9679 | 96.79 | 60 | 0.5035 | 0.9523 | 95.23 | ||
80 | 0.1207 | 0.9721 | 97.21 | 80 | 0.4518 | 0.9572 | 95.72 | ||
100 | 0.1021 | 0.9764 | 97.64 | 100 | 0.4085 | 0.9613 | 96.13 |
Table 1 Corrosion rate of Q235 steel and inhibition efficiency of various concentrations of DEMA in 1 mol/L HCl at different temperatures obtained from mass loss measurements
Temp./℃ | c(DEMA)/ (mg·L-1) | v/(mg· cm-2·h-1) | θ | ηw(%) | Temp./℃ | c(DEMA)/ (mg·L-1) | v/(mg· cm-2·h-1) | θ | ηw(%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
30 | 0 | 2.7016 | — | — | 50 | 0 | 6.7581 | — | — |
20 | 0.0824 | 0.9695 | 96.95 | 20 | 0.3899 | 0.9423 | 94.23 | ||
40 | 0.0686 | 0.9746 | 97.46 | 40 | 0.3393 | 0.9498 | 94.98 | ||
60 | 0.0546 | 0.9798 | 97.98 | 60 | 0.2879 | 0.9574 | 95.74 | ||
80 | 0.0413 | 0.9847 | 98.47 | 80 | 0.2467 | 0.9635 | 96.35 | ||
100 | 0.0394 | 0.9854 | 98.54 | 100 | 0.2041 | 0.9698 | 96.98 | ||
40 | 0 | 4.3276 | — | — | 60 | 0 | 10.5565 | — | — |
20 | 0.1878 | 0.9566 | 95.66 | 20 | 0.6957 | 0.9341 | 93.41 | ||
40 | 0.1580 | 0.9635 | 96.35 | 40 | 0.5510 | 0.9478 | 94.78 | ||
60 | 0.1389 | 0.9679 | 96.79 | 60 | 0.5035 | 0.9523 | 95.23 | ||
80 | 0.1207 | 0.9721 | 97.21 | 80 | 0.4518 | 0.9572 | 95.72 | ||
100 | 0.1021 | 0.9764 | 97.64 | 100 | 0.4085 | 0.9613 | 96.13 |
c(DEMA)/(mg·L-1) | Rs/(Ω·cm2) | Rct/(Ω·cm2) | CPE | ηe(%) | |
---|---|---|---|---|---|
Cdl/(μF·cm-2) | n | ||||
0 | 0.89 | 17.3 | 343.1 | 0.90 | |
20 | 1.13 | 245.7 | 168.7 | 0.84 | 92.96 |
40 | 1.02 | 256.7 | 166.4 | 0.86 | 93.26 |
60 | 0.95 | 275.0 | 159.2 | 0.83 | 93.71 |
80 | 1.17 | 300.9 | 150.2 | 0.91 | 94.25 |
100 | 0.88 | 364.2 | 136.7 | 0.84 | 95.25 |
Table 2 Impedance parameters of Q235 steel with various mass concentrations of DEMA
c(DEMA)/(mg·L-1) | Rs/(Ω·cm2) | Rct/(Ω·cm2) | CPE | ηe(%) | |
---|---|---|---|---|---|
Cdl/(μF·cm-2) | n | ||||
0 | 0.89 | 17.3 | 343.1 | 0.90 | |
20 | 1.13 | 245.7 | 168.7 | 0.84 | 92.96 |
40 | 1.02 | 256.7 | 166.4 | 0.86 | 93.26 |
60 | 0.95 | 275.0 | 159.2 | 0.83 | 93.71 |
80 | 1.17 | 300.9 | 150.2 | 0.91 | 94.25 |
100 | 0.88 | 364.2 | 136.7 | 0.84 | 95.25 |
c(DEMA)/(mg·L-1) | Ecorr/mV(vs. SCE) | icorr/(μA·cm-2) | βa/(mV·dec-1) | βc/(mV·dec-1) | ηp(%) |
---|---|---|---|---|---|
0 | -483.4 | 52.2 | 85.4 | -131.0 | |
20 | -445.5 | 3.8 | 86.2 | -132.8 | 92.72 |
40 | -437.8 | 3.3 | 75.6 | -126.9 | 93.68 |
60 | -432.8 | 2.3 | 79.8 | -126.2 | 95.59 |
80 | -430.6 | 2.0 | 82.6 | -127.4 | 96.17 |
100 | -426.4 | 1.6 | 88.3 | -122.3 | 96.93 |
Table 3 Electrochemical parameters for the corrosion of Q235 steel in 1 mol/L HCl containing different concentrations of DEMA at 30 ℃
c(DEMA)/(mg·L-1) | Ecorr/mV(vs. SCE) | icorr/(μA·cm-2) | βa/(mV·dec-1) | βc/(mV·dec-1) | ηp(%) |
---|---|---|---|---|---|
0 | -483.4 | 52.2 | 85.4 | -131.0 | |
20 | -445.5 | 3.8 | 86.2 | -132.8 | 92.72 |
40 | -437.8 | 3.3 | 75.6 | -126.9 | 93.68 |
60 | -432.8 | 2.3 | 79.8 | -126.2 | 95.59 |
80 | -430.6 | 2.0 | 82.6 | -127.4 | 96.17 |
100 | -426.4 | 1.6 | 88.3 | -122.3 | 96.93 |
Temperature/℃ | Kads/(L·mol-1) | Δ | Δ | Δ |
---|---|---|---|---|
30 | 558659 | -43.45 | -17.27 | 86.4 |
40 | 452489 | -44.34 | -17.27 | 86.5 |
50 | 358423 | -45.13 | -17.27 | 86.3 |
60 | 302115 | -46.05 | -17.27 | 86.4 |
Table 4 Adsorption parameters obtained from mass loss tests for DEMA in 1 mol/L HCl at different temperatures
Temperature/℃ | Kads/(L·mol-1) | Δ | Δ | Δ |
---|---|---|---|---|
30 | 558659 | -43.45 | -17.27 | 86.4 |
40 | 452489 | -44.34 | -17.27 | 86.5 |
50 | 358423 | -45.13 | -17.27 | 86.3 |
60 | 302115 | -46.05 | -17.27 | 86.4 |
Fig.10 AFM images of Q235 steel surface after immersion in 1 mol/L HCl at 30 ℃ for 1 h (A1, A2) Before immersion; (B1, B2) without DEMA; (C1, C2) with 80 mg/L DEMA. (A1—C1) Plane graphs; (A2—C2) three-dimensional images.
EHOMO/eV | ELUMO/eV | ELUMO-EHOMO,Fe/eV | ELUMO,Fe-EHOMO/eV | ΔE/eV | ||
---|---|---|---|---|---|---|
DEMA | Fe | DEMA | Fe | |||
-8.022 | -7.810[ | -4.622 | -0.250[ | 3.188 | 7.772 | 3.40 |
Table 5 Frontier orbital energies of DEMA
EHOMO/eV | ELUMO/eV | ELUMO-EHOMO,Fe/eV | ELUMO,Fe-EHOMO/eV | ΔE/eV | ||
---|---|---|---|---|---|---|
DEMA | Fe | DEMA | Fe | |||
-8.022 | -7.810[ | -4.622 | -0.250[ | 3.188 | 7.772 | 3.40 |
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