聚环氧琥珀酸衍生物在酸介质中的缓蚀性能

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0121

摘要/Abstract

摘要：

聚环氧琥珀酸（PESA）作为绿色阻垢剂，具有较好的阻垢作用，但其缓蚀作用一般。为增强其缓蚀能力，采用L-半胱氨酸和氨基乙磺酸作为改性剂对PESA进行改性得到聚环氧琥珀酸衍生物PESA-Lcy-Sea，利用红外光谱仪（FTIR）和氢核磁共振谱仪（NMR）对PESA-Lcy-Sea的结构进行表征，通过热重分析（TGA）研究PESA-Lcy-Sea的热稳定性，用失重法和电化学法探究PESA-Lcy-Sea的缓蚀性能，并以扫描电镜（SEM）和接触角对添加PESA-Lcy-Sea后Q235碳钢试片的形貌和表面变化情况进行分析。结果表明，PESA-Lcy-Sea具有PESA、L-半胱氨酸和氨基乙磺酸的结构官能团，合成成功，具有良好的热稳定性；PESA-Lcy-Sea在0.5 mol/L HCl溶液中对Q235钢有较好的缓蚀作用，在加药量为400 mg/L时，缓蚀率最高可达81.23%；PESA-Lcy-Sea分子在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温线；极化曲线证明了PESA-Lcy-Sea为混合型缓蚀剂；钢表面的SEM和接触角分析证明了PESA-Lcy-Sea在其表面形成了保护膜，从而有效减缓了溶液对Q235钢的腐蚀。

关键词: 聚环氧琥珀酸衍生物, 碳钢, 腐蚀, 电化学, 接触角

Abstract:

Polyepoxysuccinic acid (PESA), as a green scale inhibitor, has good scale inhibition, but its corrosion inhibition is not so good. In order to enhance its corrosion inhibition ability, PESA was modified with L-cysteine and taurine as modifiers to obtain a polyepoxysuccinic acid derivative(PESA-Lcy-Sea). The structure of PESA-Lcy-Sea was characterized by infrared spectroscopy (FTIR) and hydrogen nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). The thermal stability of PESA-Lcy-Sea was studied by thermogravimetric analysis(TGA), the corrosion inhibition performance of PESA-Lcy-Sea was investigated by weight loss method and electrochemical method, and the morphology and surface changes of Q235 carbon steel samples after adding PESA-Lcy-Sea were analyzed by SEM and contact angle. The results showed that PESA-Lcy-Sea had the structural functional groups of PESA, L-cysteine and taurine, which was successfully synthesized and had good thermal stability. PESA-Lcy-Sea had good corrosion inhibition on Q235 steel in 0.5 mol/L HCl solution, and the highest corrosion inhibition rate could reach 81.23% when the dosage was 400 mg/L. The adsorption of PESA-Lcy-Sea molecules on the surface of carbon steel conformed to the Langmuir adsorption isotherm. The polarization curve proved that PESA-Lcy-Sea was a mixed corrosion inhibitor. SEM and contact angle analysis of the steel surface proved that a protective film was formed on the surface by PESA-Lcy-Sea, which effectively slowed down the corrosion of Q235 steel in acid solution.

Key words: polyepoxysuccinic acid derivatives, carbon steel, corrosion, electrochemistry, contact angle

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I3/137

图/表 11

图1 PESA-Lcy-Sea的制备反应

Fig.1 Preparative reaction of PESA-Lcy-Sea

图2 PESA-Lcy-Sea的红外谱图、¹H NMR谱图和TGA

Fig.2 Infrared spectrum，¹H NMR and TGA of PESA-Lcy-Sea

表1 添加PESA后材料的腐蚀速率和缓蚀率

Table 1 Corrosion rate and corrosion inhibition rate of the material after adding PESA

温度/℃	PESA/（mg·L^-1）	腐蚀速率X/（g·cm^-2·h^-1）	缓蚀率η/%
30	0	2.370 5
	50	2.245 8	5.26
	100	2.143 3	9.58
	150	2.052 5	13.43
	200	1.975 8	16.66
	300	1.842 5	22.27
	400	1.752 5	26.08

表2 添加PESA-Lcy-Sea后材料的腐蚀速率及缓蚀率

Table 2 Corrosion rate and corrosion inhibition rate of the material after adding PESA-Lcy-Sea

温度/℃	PESA-Lcy-Sea/（mg·L^-1）	腐蚀速率X/（g·cm^-2·h^-1）	缓蚀率η/%
20	0	1.815 8
	50	0.770 8	57.55
	100	0.576 7	68.24
	150	0.480 8	73.52
	200	0.414 2	77.19
	300	0.410 0	77.42
	400	0.340 8	81.23
30	0	2.363 3
	50	1.379 2	41.64
	100	0.983 3	58.39
	150	0.837 5	64.56
	200	0.769 2	67.60
	300	0.670 0	71.78
	400	0.581 7	75.50
40	0	3.061 7
	50	2.030 0	33.75
	100	1.394 2	54.46
	150	1.107 5	63.83
	200	1.088 3	64.45
	300	0.897 5	70.69
	400	0.893 3	71.58
50	0	5.592 5
	50	4.584 2	22.00
	100	3.513 3	37.18
	150	2.808 3	49.78
	200	2.361 7	56.06
	300	2.012 5	64.01
	400	1.862 5	66.83

图3 PESA-Lcy-Sea的Langmuir拟合曲线

Fig.3 Langmuir fitting curve of PESA-Lcy-Sea

图4 PESA-Lcy-Sea溶液中电极的PDP和EIS

Fig.4 PDP and EIS of electrode in PESA-Lcy-Sea solution

表3 Q235碳钢在有无缓蚀剂的盐酸溶液中的PDP参数

Table 3 PDP fitting parameters of Q235 carbon steel in hydrochloric acid solution with or without corrosion inhibitor

缓蚀剂	C/（mg·L^-1）	β _a/（mV·dec^-1）	β _c/（mV·dec^-1）	I _corr/（mA·cm^-2）	E _corr/mV	η/%
PESA-Lcy-Sea	0	124	-135	4.05	-499
PESA-Lcy-Sea	400	46.1	-43.6	0.93	-516	77.04

表4 Q235碳钢在有无缓蚀剂的盐酸溶液中的EIS参数

Table 4 EIS fitting parameters of Q235 carbon steel in hydrochloric acid solution with or without corrosion inhibitor

缓蚀剂	C/（mg·L^-1）	n	R _s/（Ω·cm²）	R _ct/（Ω·cm²）	C _dl/（μF·cm^-2）	Y ₀/（10⁶ S ⁿ ·Ω^-1·cm^-2）	η/%
PESA-Lcy-Sea	0	0.549	23.4	58.35	130.54	280.4
PESA-Lcy-Sea	400	0.542	44.2	248.09	41.38	19.4	76.48

图5 空白和含有PESA-Lcy-Sea体系中Q235钢的SEM

Fig.5 SEM of Q235 steel in blank and PESA-Lcy-Sea system

图6 Q235钢的接触角

Fig.6 Contact angle of Q235 steel

图7 PESA-Lcy-Sea的缓蚀机理

Fig.7 Corrosion inhibition mechanism of PESA-Lcy-Sea

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