盐酸介质中咪唑类离子液体对金属的缓蚀性能及机理研究

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咪唑类离子液体因具有合成工艺简单,性质稳定,良好的导电性以及绿色环保等特点,在有机合成、催化反应、以及电化学等领域有着广泛的应用。然而,其作为缓蚀剂在金属防护方面的应用研究相对较少,尤其是1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([HMIM]BF4)和1-己基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([HMIM]HSO4)两种离子液体作为7075铝合金(AA 7075)、70碳钢及304不锈钢(304 SS)三种金属的缓蚀剂未见报道。因此,本论文以这两种咪唑类离子液体作为缓蚀剂,采用失重法、极化曲线法及交流阻抗法,分别研究它们在1.0 mol·L-1HCl溶液中对7075铝合金(AA 7075)、70碳钢及304不锈钢(304 SS)的缓蚀性能及机理。相关研究内容及结论如下:1.0 mol·L-1的HCl溶液中,[HMIM]BF4及[HMIM]HSO4对AA7075、70碳钢及304 SS均具有良好的缓蚀性能,且同一浓度下,[HMIM]HSO4对这三种金属的缓蚀效率均高于[HMIM]BF4的缓蚀效率。在研究的浓度范围内,这两种离子液体对三种金属的缓蚀效率均随着浓度的增加而提高,[HMIM]BF4对这三种金属的最高缓蚀效率可分别达到90.5%、92.7%及93.3%,[HMIM]HSO4的最高缓蚀效率分别为95.1%、94.4%及96.7%。动极化曲线结果表明这两种缓蚀剂既能抑制阳极的金属溶解反应,也能抑制阴极的析氢反应,属于混合型缓蚀剂。通过SEM观察显示,加入两种离子液体之后的体系中,金属试样的表面更光滑平整,证实了这两种离子液体对这三种金属均具有良好的缓蚀效果。通过计算分析吸附反应中的标准吉布斯自由能?Gads、标准吸附焓?Hads以及这三种金属在腐蚀介质中发生腐蚀反应的活化能Ea,发现[HMIM]BF4及[HMIM]HSO4在AA 7075、70碳钢及304 SS表面的吸附均满足Langmuir吸附等温式,吸附类型均是以物理吸附为主的混合吸附。此外,计算结果还表明,两种离子液体在这三种金属中任一种金属表面吸附反应中对应的?Gads及?Hads值均非常相近,暗示吸附作用主要是由离子液体中的阳离子引起,而阴离子对吸附作用的影响较小。通过分析金属在盐酸中的腐蚀机理,结合[HMIM]BF4及[HMIM]HSO4的分子结构特性,探讨了两种缓蚀剂的缓蚀机理,并且绘出相关的吸附示意图。
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