锌的电极性能优良, 一直被广泛用作电化学电源的阳极材料。碱性溶液中, 锌的热力学性质不稳定, 电化学活性大, 致使锌在碱性溶液中会出现钝化、枝晶、电极和自腐蚀等现象, 碱性锌电池的发展空间被大大地压缩和限制。针对上述现象, 筛选出合适的缓蚀剂来改善上述现象。从有机分子结构出发, 考虑分子的亲水基团和疏水基团数目、基团的空间位阻效应和电子效应, 作者筛选出有机化合物苯并咪唑作为缓蚀剂, 通过失重实验, 计算出苯并咪唑在碱性溶液中对锌电极的缓蚀效率, 并分析缓蚀机理。
1 失重实验
用砂纸将体积为15×15×1 (mm) 的纯锌块 (纯度≧99.99%) 打磨光亮至镜面, 然后置于1wt%稀H2SO4中1min清洁锌块表面的氧化物, 再用丙酮溶液用超声清洗表面附着物15min, 自然晾干后, 称重并记录样品的质量。依次配制浓度 (mmol·L-1) 为0.00、1.00、5.00苯并咪唑的KOH (0.1mol·L-1) 溶液。实验时间48h, 取出锌块, 蒸馏水冲洗后自然晾干后称重并记录。不同浓度条件下以及不同温度下进行五组平行实验, 以平均值作为最后的失重实验数据。腐蚀速度 (v) 和缓释效率 (β) 计算公式如下:
式中, v为腐蚀速度 (mg·mm-2h-1) , m0为实验前的质量 (mg) , m1为实验后的质量 (mg) , S为锌块表面积 (mm2) , t为实验时间 (h) ;v0是锌试片在不含苯并咪唑的KOH (0.1mol·L-1) 溶液中的腐蚀速度, v1是锌试片在含有苯并咪唑的KOH (0.1mol·L-1) 溶液中的腐蚀速度。
由表1和表2中实验数据可知: (1) 室温下 (25℃) 缓蚀效率与缓蚀剂的浓度呈正比关系, 苯并咪唑的浓度为5.0mmol·L-1时, 缓蚀剂的缓蚀效率最高, 其缓蚀效率为96.75%。 (2) 苯并咪唑的缓蚀效率受温度影响较小。
2 结语
苯并咪唑的添加, 在碱性溶液中的锌电极表面生成了一层保护膜, 阻断了锌电极与腐蚀离子的接触, 缓蚀剂的浓度越大时, 该膜的致密性和完整性越高, 缓蚀效果越好, 且该膜的稳定性受温度影响较小。
摘要：碱性溶液中, 锌的热力学性质不稳定, 电化学活性大, 致使锌在碱性溶液中会出现钝化、枝晶、形变和自腐蚀现象。从有机分子结构出发, 筛选出有机化合物苯并咪唑作为缓蚀剂, 通过失重实验计算出苯并咪唑在碱性溶液中对锌电极的缓蚀效率, 并分析缓蚀机理。
关键词：锌电极,苯并咪唑,失重实验,缓蚀效率
参考文献
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