低碳钢因其优异的机械性能和低成本而在众多工业应用中得到广泛使用。然而,它在酸性环境中极易腐蚀。酸常用于酸洗、清洗、除垢和油井酸化等工业过程,其中盐酸(HCl)因其低成本、高效率和易于处理而成为首选[[1], [2]]。腐蚀,特别是在恶劣条件下,是限制这类材料使用寿命的主要因素[[3], [4]]。腐蚀是一种电化学过程,当金属与其环境相互作用时会发生逐渐降解[[5], [6], [7], [8]]。这种现象影响铝、钢、铜及其合金,导致全球范围内的重大经济损失[[9], [10]]。因此,由于腐蚀导致的材料退化已成为工业和基础设施领域的严重问题[[11], [12]]。最新估计显示,全球每年的腐蚀成本超过2.5万亿美元,占全球GDP的约3.4%[[13], [14]]。因此,有效控制腐蚀仍然是一个重要的科学和技术挑战。在各种方法中,使用防腐剂被认为是减少金属在腐蚀性介质中溶解的最有效方法之一[[15], [16]]。全面了解腐蚀机制和抑制剂性能对于设计改进的低碳钢防护策略至关重要[[17], [18], [19], [20], [21], [22]]。
近年来,大量研究致力于开发既经济又环保的防腐剂。在各种有机化合物中,Schiff碱(SB)衍生物因其在酸性介质中的防腐应用而受到关注。这主要是由于它们的高抑制效率、简单的合成路线以及廉价起始材料的可用性[[23], [24], [25], [26], [27]]。含有氮、氧和硫等杂原子的有机抑制剂已知能与金属表面发生强烈相互作用,从而提高耐腐蚀性。特别是基于三嗪的化合物特别受关注,因为它们的结构中含有氮、氧原子和π电子,这些成分有助于在金属表面形成强吸附[[28], [29]]。
三嗪衍生物具有多种生物和药理活性,包括镇痛[30]、抗菌[31]、抗疟疾[32]、抗病毒[33]以及抗肿瘤和细胞毒性[34]作用。此外,三嗪衍生物在金属配合物的形成中作为配体也起着重要作用[[35], [36], [37]],并用于测定过渡金属的光谱方法[[38]]。
许多基于Schiff碱的三嗪衍生物已被证明是有效的防腐剂;然而,详细比较表明,所研究的化合物AMMBT具有明显优势,尤其是在较低浓度下表现更佳。例如,Schiff碱抑制剂MBSB在0.5 M HCl中100 ppm浓度下的抑制效率为94.78%,而PTA-2和PTA-3在0.25 M H?SO?中120 ppm浓度下的抑制效率分别为96.5%和93.4%[[39], [40]]。相比之下,AMMBT在1 M HCl中100 μM浓度下的抑制效率即可达到89%。这一对比清楚地表明,微摩尔浓度远低于ppm水平,说明AMMBT可以用更少的抑制剂量提供显著的防腐效果。这种性能表明AMMBT分子在金属表面具有强烈的吸附倾向,这可能得益于其多个活性中心(包括氮原子、氧原子和芳香环)的存在,这些中心增强了与基底的相互作用。此外,在较低剂量下实现类似的抑制效率反映了分子效率和潜在的成本优势。因此,尽管绝对效率略低,但从浓度角度来看,AMMBT仍可被视为更有效的抑制剂,突显了其在实际防腐应用中的适用性。
本研究探讨了一种新合成的三嗪衍生物AMMBT作为1 M HCl溶液中低碳钢的有效防腐剂。在303–333 K的温度范围内研究了其效果,以模拟工业操作条件并了解抑制剂的热稳定性和吸附行为。通过电位动力学极化(PP)、电化学阻抗谱(EIS)和重量法评估了其抑制性能。还研究了AMMBT在低碳钢表面的吸附行为。扫描电子显微镜(SEM)的表面形态分析证实了保护性膜的形成。此外,还进行了密度泛函理论(DFT)计算,以阐明该化合物的吸附机制和防腐行为。