近中性CO-,2-飽和鹽水溶液中緩蝕劑在碳鋼表面吸附和緩蝕行為的研究.pdf

1、溶液pH值的變化引起金屬表面狀態(tài)的變化，不僅對金屬腐蝕行為有較大的影響，也會對緩蝕劑的吸附和緩蝕行為及相應的緩蝕機理等產生重要影響。關于CO2腐蝕用緩蝕劑的性能評價和機理研究，大部分工作是在含有CO2的酸性環(huán)境下進行，對于近中性環(huán)境下(例如油田產出水等)緩蝕劑的吸附和緩蝕行為尚缺乏系統(tǒng)性的研究。由于緩蝕劑的性能對環(huán)境有明顯的依存性，在酸性環(huán)境下性能好的緩蝕劑在中性環(huán)境下常常表現(xiàn)不好，反之依然。對在近中性環(huán)境下緩蝕劑的吸附和緩蝕行為及相應

2、緩蝕規(guī)律和機理的研究，不僅有助于闡釋緩蝕劑隨應用環(huán)境的變化相應緩蝕機理的差異，也能為近中性環(huán)境下緩蝕劑的選擇和設計提供重要的參考依據(jù)。
　　 本研究采用具有簡單分子結構的十二胺(有機堿)和月桂酸(有機酸)作為模型緩蝕劑，主要采用電化學和表面分析等方法，系統(tǒng)地研究了N80碳鋼在近中性CO2飽和鹽水溶液中的腐蝕行為及腐蝕機理；有機堿和有機酸在近中性CO2飽和鹽水溶液中的吸附和緩蝕行為以及相應的緩蝕機理；同時也對近中性環(huán)境下有機堿和有

3、機酸與腐蝕產物的相互作用進行了探討。研究結果表明，在近中性的CO2飽和鹽水溶液中金屬的腐蝕行為依賴于溶液的pH值。pH＜6.8，腐蝕的陰極過程受電化學反應過程控制；pH＞6.8，腐蝕的陰極過程受傳質過程控制；隨溶液pH值的進一步增加，腐蝕的陰極過程受電化學反應和傳質過程的混合控制。對腐蝕的陽極過程而言，pH<5.9，金屬呈活性溶解的狀態(tài)；pH 6.5時金屬呈過渡態(tài)特征；pH＞6.8，可以觀察到典型的陽極鈍化行為，在金屬表面能夠形成連續(xù)的

4、腐蝕產物保護膜，但過高pH值會加快腐蝕產物膜的溶解。
　　 十二胺對金屬的保護作用強烈地依賴于溶液的pH值，隨溶液pH值的增加，十二胺的緩蝕性能增加，最低有效緩蝕濃度降低。在低pH值下，十二胺主要抑制金屬腐蝕的陰極過程；在近中性pH值下，十二胺同時抑制金屬腐蝕的陰、陽極過程。對緩蝕劑吸附狀態(tài)的研究表明十二胺主要以未質子化的分子狀態(tài)吸附在金屬表面。在低pH值時，緩蝕劑分子主要以十二胺鎓離子的形式存在，荷正電的金屬表面不利于鎓離子的

5、吸附，金屬表面分子吸附狀態(tài)可能起因于十二胺鎓離子在金屬陰極部位的還原吸附。高pH值時，緩蝕劑分子以分子狀態(tài)存在的比例增大，分子狀態(tài)的十二胺分子氮原子上的電子云密度比質子化狀態(tài)時更大，使得在高pH值下緩蝕劑分子與金屬原子的空‘d’軌道具有更強的配位能力，因此具有較大的吸附能力和吸附穩(wěn)定性。
　　 從酸性到近中性pH值范圍內，月桂酸抑制金屬腐蝕的能力同樣依賴于溶液的pH值。隨溶液pH值的增加，月桂酸對金屬腐蝕的抑制能力降低，相應的最

6、低有效緩蝕濃度增加。月桂酸在金屬表面上的吸附狀態(tài)與在溶液中的存在狀態(tài)不盡相同，低pH值時，月桂酸根離子在靜電作用下吸附在金屬表面，顯著地改變了金屬表面的荷電狀態(tài)，使金屬表面呈現(xiàn)電中性，有利于分子狀態(tài)的月桂酸的進一步吸附，吸附的月桂酸分子中的羧基與呈活性溶解狀態(tài)的金屬發(fā)生化學鍵合，因此可以有效阻止金屬腐蝕過程的進行。高pH值時，雖然呈陰離子狀態(tài)的月桂酸根離子容易吸附在荷正電荷的金屬表面，但是緩蝕劑的吸附并不能顯著改變金屬表面的電荷狀態(tài)。另

7、外在高pH值的條件下金屬覆蓋有一層保護性的腐蝕產物層，月桂酸根離子可能不容易在腐蝕產物表面附著吸附，因此在高pH值下緩蝕劑并不能完全阻止金屬的腐蝕作用。
　　 腐蝕產物膜與緩蝕劑之間的相互作用與緩蝕劑的類型和溶液pH值相關。pH 6.9時十二胺對FeCO3晶體形貌影響不大，但月桂酸對FeCO3晶體存在明顯的溶蝕作用；兩種緩蝕劑對于FeCO3晶粒的進一步形成均有一定程度的抑制作用，緩蝕劑的加入降低了金屬表面上的覆蓋層與金屬基體之間