论文总字数：17463字

摘 要

本文通过极化曲线、交流阻抗的电化学研究方法，研究了茜素红对碳钢腐蚀行为的影响及影响效果。分别在中性、酸性和碱性的条件下，茜素红溶液的浓度对碳钢腐蚀行为的影响及其影响效率。结果表明：在中性和碱性条件下，茜素红对碳钢腐蚀具有缓蚀效果,而且腐蚀反应阻力与缓蚀效率都随茜素红溶液浓度增大而增大；在酸性条件下，腐蚀反应阻力随茜素红溶液浓度增大而减小，茜素红在相当低的浓度下对碳钢腐蚀有一定的缓蚀作用，但当茜素红浓度超过某个临界值（0.20×10^-3mol/L～0.40×10^-3mol/L）就会对碳钢腐蚀产生催化作用，而且这个催化效率随茜素红溶液的浓度增大而升高。所以本文得出的结论为：在中性和碱性条件下，茜素红溶液可以作为碳钢的缓蚀剂，在酸性条件下不可以作为缓蚀剂。

关键词：碳钢腐蚀 茜素红 极化曲线 交流阻抗

Electrochemical corrosion test of alizarin red carbon steel

Abstract

In this paper, the influence of alizarin red on the corrosion behavior of carbon steel and its effect were studied by electrochemical method of polarization curve and ac impedance. The effect of alizarin red concentration on the corrosion behavior of carbon steel and its efficiency under neutral, acidic and alkaline conditions. The results show that alizarin red can resist corrosion of carbon steel under neutral and alkaline conditions. In acidic condition, the corrosion resistance decreases with increasing concentration of alizarin red solution reaction, alizarin red in very low concentrations of carbon steel corrosion has certain corrosion effect, but when the concentration of alizarin red more than a certain critical value (0.20×10^-3mol/L～0.40×10^-3mol/L) will have catalytic effects on carbon steel corrosion, and the catalytic efficiency increased with increment of the concentration of a solution of alizarin red. Therefore, the conclusion of this paper is: alizarin red solution can be used as corrosion inhibitor of carbon steel under neutral and alkaline conditions, but not as corrosion inhibitor under acidic conditions.

Key Word: Carbon Steel Corrosion ；Mordant Red ；Polarization Curve； Electrochemical Impedance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状及发展 1

1.3 研究的目的及意义 3

第二章 实验部分 4

2.1 实验仪器 4

2.2 实验试剂 4

2.3 实验方法 4

2.3.1 试剂的配置 4

2.3.2 电化学实验 5

第三章 结果与讨论 7

3.1 ARS碳钢极化曲线试验 7

3.2 ARS碳钢电化学阻抗试验 11

3.3 ARS碳钢电化学腐蚀抑制试验 22

第四章 结论与展望 25

参考文献 26

致谢语 28

第一章 引言

1.1 研究背景

在这个日新月异的工业时代，钢铁是一种非常重要的工业材料，它以其优异的性能被广泛应用于各个领域。碳钢是钢铁材料的基础之一，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业,而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用^[1]。碳钢暴露在环境中会因为各种元素和物质而被腐蚀，使其性能丧失而因此报废。钢的腐蚀破坏往往是不可逆的,会缩短使用年限,在带来经济损失的同时还会造成许多安全隐患^[2]。在工业生产中，含有染料的废水会使生产设备产生腐蚀，减小设备的使用寿命，增加了生产成本。所以，研究染料对碳钢腐蚀行为的影响具有重大的意义。

茜素红是著名的蒽醌类染料，其具有分子结构复杂，降解十分困难的特点，主要用于印染工业，也可作为酸碱指示剂和显微染色剂。茜素红会使人皮肤过敏、眼睛和呼吸道发炎甚至有致癌的隐患，对人体健康造成伤害。茜素红具有很好的热、光和化学稳定性，一般的化学、物理或生物法很难将其完全降解^[3]。蒽醌类有机染料对电极表面的分子具有吸附作用，本身也具有良好的电化学活性^[4]，与碳钢接触会减缓碳钢的腐蚀。因此研究茜素红对碳钢腐蚀行为的影响具有重大的意义。

1.2 国内外研究现状及发展

目前，国内外有很多对于茜素红和碳钢腐蚀的研究。

国内的研究发现，茜素红水溶液的颜色随着溶液pH不同而变化。加HCl溶液后,变为黄色,加NaCl溶液后,则变为蓝紫色,在氨水中呈紫色;微溶于醇,不溶于苯、三氯甲烷，PH3.7(黄)→5.2(紫色)^[5]。国外的一些研究发现茜素化合物，无论是茜素红S（ARS）还是茜素复合物（ALC）形式，长期以来一直都用于对所有脊椎动物组的固定标本中的矿化骨骼进行染色^[6]。李丽敏利用线性扫描极谱法和循环伏安法研究了茜素红的电化学性质，说明了茜素红在电极上具有吸附性及其还原峰具有可逆性^[7]。牛淑妍等研究了茜素红S在玻碳电极上的电化学行为,根据茜素红S与DNA作用的伏安曲线、紫外-可见光谱及溴化乙锭对茜素红S与DNA作用的影响,认为茜素红S与DNA发生了嵌插作用^[8]。

目前已有光催化降解、电化学氧化降解、电解法、芬顿法氧化降解、生物降解等方法来处理染料废水中的茜素红。例如，文卓琼等采用共沉淀-浸渍法制备了SO₄^2-/TiO₂-SiO₂型固体超强酸催化剂,研究工艺条件对茜素红水溶液脱色率的影响.结果表明：对茜素红的脱色最佳条件为：催化剂用量为2.0g/L,水样初始浓度为50mg/L,光距为12cm,溶液pH值为8,光照时间为3h,茜素红的脱色率可达到92.02%^[9]。周如彬等采用循环伏安法研究了酸性条件下茜素红在多孔Ti/BDD电极上的电氧化行为。通过改变负载电解液Na₂SO₄的浓度和阳极电流密度，研究了茜素在多孔Ti/BDD电极上的电化学降解。发现多孔Ti/BDD薄膜电极氧化降解茜素红与平板Ti/BDD薄膜电极相比具有更高的电流效率。紫外-可见光谱表明，多孔Ti/BDD电极可电氧化茜素红^[10]。曹长青等研究发现，β-PbO₂电极在脱色和OD去除方面都有明显的优越性。根据茜素红的分子结构和电解产物气相色谱—质谱联用（GC／MS）仪分析结果，初步探讨了茜素红降解的反应机制^[11]。王婷等研究发现Cl^－对茜素红在芬顿体系中的降解具有显著的抑制效果，SO₂^－4和NO₃^－的存在使芬顿试剂的氧化性能降低了，也使茜素红的降解受到了抑制^[12]。于存等利用l.lacteus检测固体条件下的活性黑、活性红、结晶紫、茜素红和孔雀石绿的脱色能力，通过单因素和正交试验优化l.lacteus对茜素红的脱色条件，并以3种作物发芽率为指标测定茜素红被l.lacteus脱色前后的毒性变化。发现茜素红染料存在一定的毒性，l.lacteus对茜素红染料进行彻底脱色，使其毒性减弱^[13]。

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