NaCl溶液浓度

NaCl溶液浓度（共7篇）

NaCl溶液浓度 篇1

0 前言

多孔介质的水敏感性是一个已经被发现了40多年的胶体化学问题，其内容是指当淡水置换多孔介质中最初的高浓度盐水时，含有粘性土颗粒多孔介质的渗透性会出现快速和明显的下降现象。研究结果表明，引起多孔介质渗透性变化的主要原因是吸附于多孔介质骨架上的细颗粒物质发生了释放，并且随水流进行了迁移，在迁移的过程中，颗粒物阻塞了多孔介质的孔喉部分，导致渗透性降低[1,2,3,4,5,6]。但是，水敏感性的产生与阴离子无关，并且仅仅发生在一价阳离子溶液相互置换的过程中（其余阳离子仅有镁离子溶液能产生轻微的水敏感性）[7,8,9]。临界盐浓度是引起多孔介质颗粒释放的最重要一个条件，当多孔介质中的溶液浓度大于该值时，颗粒释放就不再发生[10]。目前，对水敏感性的研究和应用主要在石油（采油）工程和化学工程（吸附与解吸）方面，而在环境工程方面甚少[11]。本文旨在通过室内柱状和批量试验确定NaCl溶液引起多孔介质颗粒释放的临界盐浓度，为进一步研究多孔介质的水敏感性提供一定的科学依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用砂样取自青岛市大沽河下游砂层剖面，XRD衍射试验表明，砂样中的粘性土颗粒物质为蒙脱石（0.45%）、伊利石（0.12%）、高岭土（0.7%）和绿泥石（<0.1%），剩余成分为二氧化硅为主的骨架颗粒。试验用溶液由去离子水和氯化钠配制。

1.2 试验方法

分别采用水平柱状试验和批量试验对临界盐浓度进行测定，以进行对比。

1.2.1 孔隙流试验（水平柱状试验）

(1）将供试砂样装入有机玻璃柱（Φ2.8cm×3cm），用AUTOSCIENCE真空泵抽真空15min,再用0.4 mol/L的NaCl溶液饱和砂柱；

(2）饱和后的砂柱水平放置在固定架上，以去除重力作用对颗粒运移的影响；

(3）进水端由兰格蠕动泵控制，进水流速设置为1.5 mL/min，通入的NaCl溶液浓度分别为0.4mol/L、0.23 mol/L、0.17 mol/L、0.11 mol/L、0.06mol/L和0.003mol/L，期间每隔5min用量筒接取流出液，并在600nm波长下用721分光光度计测量其吸光度,然后通过吸光度与颗粒浓度校正曲线计算出流出液中的颗粒浓度；

(4）根据测定的流出液浓度和NaCl溶液浓度关系曲线，得到柱内释放颗粒所对应的临界盐浓度。

1.2.2 批量试验

与柱状试验相比，批量试验具有操作简便，费时少等优点。由于批量试验在震荡器上进行，因此试验前需要先确定合适的震荡速度和震荡时间。

(1）震荡速度的确定

该试验的目的是为了检验震荡速度与颗粒释放的关系，从而为下面的试验选取合适的震荡速度。

(1)取6 g粒径范围在0.5mm～2mm的砂样装在50ml的聚丙烯离心管里，加入0.5 mol/L NaCl溶液至离心管满为止。

(2)将装满溶液的离心管放在震荡器上，从震荡器的最低设置开始，分别选取100,150,180,210,250rpm的速度震荡1h，震完后立即取上部悬浮液，此时认为释放颗粒在其中是分布均匀的。

(3)取出的悬浮液在600nm波长下用721分光光度计测量其吸光度。

由图1可以看出，在100,150,180,210.250rpm这5个震荡速度下，悬浮液的吸光度由低升高。在100与150转/min的转速下，悬浮液的吸光度值基本相同，且该值较低，此时可认为悬浮液内没有释放颗粒。当震荡速度升至180rpm，悬浮液的吸光度值明显增大，此时可认为在水动力的作用下，悬浮液内有释放颗粒。因此，为了尽量减少水动力扰动的影响，将震荡速度设定在150 rpm。

(2）震荡时间的确定

该试验的目的是为了检验在不同盐浓度下震荡时间与颗粒释放的关系。

(1)取6g粒径范围在0.5mm～2mm的砂样装在50ml的聚丙烯离心管里，加入不同浓度的NaCl溶液（分别为0.4 mol/L,0.23 mol/L,0.17 mol/L,0.11 mol/L,0.06 mol/L,0.003mol/L）至离心管满为止。

(2)将装满溶液的离心管放在震荡器上，震荡速度为150 rpm。每隔60min取一次悬浮液。取完悬浮液，将离心管内剩余残液倒出，重新加入该盐度的NaCl溶液，重复上面的操作。每个浓度重复6～7次。

(3)将取出的悬浮液在600nm波长下用721分光光度计测量其吸光度，并利用吸光度-颗粒浓度曲线将其转化为颗粒浓度。

由图2至图7可以看出，在不同盐浓度下相同时间内（1h）测出的悬浮液的颗粒释放量基本相同，大约为0.07mg/g。由此可以判断出，颗粒随时间的释放量与盐度没有关系。

因此，本试验将震荡时间选定为1h。

(3）试验方法

(1)取5 g粒径范围在0.5～2mm的砂样装在50ml的聚丙烯离心管里，加入NaCl溶液至离心管满为止。加入时尽量放慢速度，以减小水动力引起的颗粒释放。

(2)将装满溶液的离心管放在震荡器上，以150rpm的速度震荡1h时，震完后立即取上部清液，此时认为释放颗粒在其中是分布均匀的。

(3)取完上清液，将离心管内剩余残液倒出，重新加入低盐浓度的NaCl溶液，重复上面的操作。加入的NaCl溶液浓度分别为0.4 mol/L,0.23mol/L,0.17 mol/L,0.11 mol/L,0.06 mol/L,0.003mol/L（第二轮注入浓度分别为0.17 mol/L,0.11mol/L,0.07 mol/L,0.065 mol/L,0.06 mol/L,0.055mol/L,0.003 mol/L）。

(4)取出的清液在600nm波长下用721分光光度计测量其吸光度。吸光度值开始明显增大时所对应的盐溶液浓度值即为临界盐浓度。为了消除样与样之间的差异性，每次换加的盐溶液都在同一个样中。

2 柱状试验结果及分析

随着通入渗流柱的盐溶液浓度逐渐减小，流出液内颗粒浓度随时间的变化曲线见图8。由图8可以看出，盐溶液浓度由0.4mol/L降低到0.11 mol/L的过程中，流出液内没有发现颗粒。随着盐溶液浓度降到0.06 mol/L附近时，流出液内出现粘粒。根据X射线衍射分析结果，释放出粘粒的矿物成分主要是伊利石、高岭石和绿泥石这些非膨胀性粘土矿物。由于驱替水的盐浓度发生变化，造成这些非膨胀性粘土矿物表面电势升高，受到的静电斥力大于范德华引力，粘粒与吸附它的颗粒间的化学平衡遭到破坏，粘粒被释放出来[9]。试验过程中，当注入盐溶液浓度降至0.06 mol/L时，上述平衡被打破，产生颗粒释放现象。因此，NaCl溶液临界盐浓度值可定在0.06 mol/L附近。在0.003mol/L时颗粒释放浓度达到最大值，为28.6mg/ml。随后，流出液内颗粒浓度逐渐下降，直至没有颗粒释放现象发生。

3 批量试验结果及分析

批量试验中颗粒释放量和氯化钠浓度的关系见图9和图10。

由图9可以看出，在氯化钠浓度大于0.06mol/L时，每个盐浓度下颗粒释放量几乎相同，但是在0.06mol/L附近时，颗粒释放量明显增加。这就验证了柱状试验中NaCl溶液临界盐浓度值在0.06 mol/L附近的结论。随着盐浓度继续降低，释放颗粒含量值在0.003mol/L时达到最大，这与柱状试验结果完全吻合。

图10表示的是在发生明显颗粒释放的浓度值附近进行的浓度加密试验。从图中可以看出，注入液浓度在0.07 mol/L、0.065 mol/L、0.06 mol/L和0.055mol/L这几个点上，颗粒释放量几乎相同。由于自然界的非均质性，临界盐浓度并非为一个单一值，而是一个区间值。因此可将临界盐浓度值定为0.06±0.005 mol/L。

4 试验成果的应用前景分析

试验结果证明了单一NaCl溶液导致多孔介质发生水敏感性的极限盐浓度的存在，为研究其它阳离子的极限盐浓度提供了有效的试验方法。同时，为水质发生盐浓度变化工程实践过程，如干旱地区微咸水灌溉、油气开采的注水加压过程等，控制注入水质（溶液）的盐浓度，有效利用极限盐浓度值的大小，避免水敏感性发生，减少多孔介质水敏感性导致的渗透性降低现象的发生，以提高生产效率。

5 结论

(1）批量试验表明，水动力条件也会引起少量的颗粒释放，这是水运动过程中形成的剪切力所致。

(2）当NaCl溶液浓度为0.06mol/L左右时，砂样中出现明显的颗粒释放现象。

(3）引起多孔介质水敏感性发生（颗粒释放）的临界盐浓度并非一个单一值，而是一个区间值，为0.06±0.005 mol/L。

(4）在溶液浓度0.003mol/L左右时，颗粒释放速度达到峰值。

NaCl溶液浓度 篇2

油气田生产过程中,异种金属的接触往往不可避免。由于油气田管道所用材料之间的差异,再加上腐蚀电解质溶液环境作为工况条件,满足了电偶腐蚀发生的条件,必然导致电偶腐蚀的发生[1]。其中,电位较正的金属为阴极,发生阴极反应,使其腐蚀过程受到抑制;而电位较负的金属为阳极,发生阳极反应,使其腐蚀过程得到加速[2,3]。实际溶液中异种金属的电偶腐蚀行为不仅与组成电偶对的两种材料的电化学性质有关,而且还与溶液介质的性质(包括溶液电导率,pH值以及溶液中离子的作用等)、阴阳极面积比、电偶对间距、温度、流速以及其他腐蚀形态等因素有关[4]。

超级13Cr马氏体不锈钢由API 5CT 标准中的普通13Cr钢发展而来,是在传统马氏体不锈钢的基础上通过降低碳含量,增加镍(3.5%~4.5%)和钼(1.5%~2.5%)的含量发展起来的新钢种[5]。相对于普通13Cr不锈钢来说,这种钢抗拉强度高,具有良好的耐蚀性和可加工性以及较低的经济成本[6],可以在恶劣的腐蚀环境中使用[7]。在油气田的开发和生产过程中,电解质溶液环境下的腐蚀日益成为油田开发的障碍,耐蚀性能良好的超级13Cr马氏体不锈钢因此在国内外各大油气田得到了广泛的应用[8]。本实验以石油管道用材料超级13Cr油管钢和N80油管钢为研究对象,通过电偶电流测定方法,研究了其在不同浓度NaCl溶液中的电偶腐蚀行为。

1 实验

1.1 实验材料

实验材料为超级13Cr油管钢与N80油管钢,其化学成分如表1所示(质量分数,%),试样规格均为Φ15 mm×3 mm圆片试样,试样表面用水砂纸逐级打磨至1000#,用丙酮超声波清洗,再用酒精清洗,风干待用。

1.2 实验方法

采用ZRA-2型电偶腐蚀测量仪,按标准HB 5374-1987 《不同金属电偶电流测定方法[9] 》进行电偶腐蚀试验。采用电偶腐蚀三电极体系,13Cr和N80分别作为工作电极1和2,饱和甘汞电极作为参比电极,测定超级13Cr与N80油管钢组成的电偶对在不同浓度(5%、15%、25%、35%,均为质量分数)NaCl溶液(pH=7±0.3、温度25 ℃、正常压力)中的电偶电流和开路电位,电偶对在所选实验介质NaCl溶液中静置20 min以后开始测量,得到13Cr和N80试样的开路电位Ek1和Ek2以及电偶对的混合电位Eg,实验连续进行24 h。测试结束后,将试样清洗、干燥,用光学相机记录电偶对13Cr-N80油管钢腐蚀后的宏观腐蚀形貌。采用JSM-5800 型扫描电镜(SEM)观察电偶对13Cr-N80油管钢中被腐蚀试样的微观腐蚀形貌特征。采用OXFORD1515 型能谱仪(EDS)对电偶对中被腐蚀试样的腐蚀产物的化学成分进行分析。采用日本理学 D/MAX-2400 型射线衍射仪(XRD)鉴定电偶对中的腐蚀产物成分。

2 结果分析

2.1 开路电位

13Cr和N80试样在不同浓度的NaCl溶液中的开路电位如表2所示。随着NaCl溶液浓度的增加,13Cr的开路电位变化不大,说明NaCl溶液的浓度对13Cr的开路电位没有太大影响;而N80油管钢的开路电位正移,抑制了电偶腐蚀过程中的阴阳极反应,从而降低了N80油管钢的腐蚀速率。在相同NaCl溶液浓度下,N80油管钢的开路电位均明显低于13Cr,说明N80与13Cr油管钢之间存在电位差,因此当其偶接时会发生电偶腐蚀。

2.2 13Cr-N80电偶对的电流密度

对13Cr-N80电偶对在不同浓度的NaCl溶液中进行电偶腐蚀实验,其电偶腐蚀电流随时间的变化曲线如图1所示。由图1可以看出,随着NaCl溶液浓度的增大,其电偶对电流减小,表明了13Cr-N80油管钢电偶对的电偶腐蚀程度随着NaCl溶液浓度的增大而减小。

电偶对在电解液中产生电偶腐蚀的敏感性主要根据电偶电流密度来决定,依据电偶对的电流密度计算方法(式(1))[10],计算了13Cr-N80油管钢电偶对在不同浓度NaCl溶液中的电偶电流密度,其结果如表3所示。由表3可以看出,随着NaCl溶液浓度的增加,13Cr-N80油管钢偶对的电偶电流密度逐渐变小,表明该电偶对的电偶腐蚀倾向性随着NaCl溶液浓度的增加而减小。13Cr-N80油管钢电偶对在不同浓度NaCl溶液中的腐蚀电流密度随时间变化的曲线如图2所示,可知,当NaCl溶液浓度在5%~25%之间时,电偶对的腐蚀电流密度降低比较快,而当NaCl溶液浓度高于25%时,其腐蚀电流密降低比较缓慢并趋于稳定。这说明,NaCl溶液浓度对13Cr-N80电偶对发生电偶腐蚀有一定程度的影响,且随NaCl溶液浓度的增大,其发生电偶腐蚀的倾向性减小。

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依据电偶电流密度与电偶腐蚀等级评定[11](如表4所示)对13Cr-N80油管钢电偶对进行电偶腐蚀评价,由表4可知,当NaCl溶液浓度为5%时,13Cr-N80油管钢电偶对的电偶腐蚀敏感性等级为E级,电偶对之间发生了严重腐蚀;当NaCl溶液浓度为15%时,电偶对之间发生了临界腐蚀,电偶对的腐蚀敏感性等级为D级;当NaCl溶液浓度为25%和35%时,其电偶腐蚀敏感性等级均为C级,电偶对之间发生了明显的腐蚀。结果表明,常温常压下,在浓度为5%~35%的NaCl溶液中,超级13Cr和N80油管钢必须对N80防护后方可偶接使用。

2.3 腐蚀形貌

13Cr-N80油管钢电偶对在不同浓度NaCl溶液中进行电偶腐蚀试验后的宏观形貌如图3所示。由图3可以看出,13Cr试样表面均未发生腐蚀,N80油管钢表面均发生了腐蚀,且随着NaCl溶液浓度的增加,电偶对中的N80腐蚀程度逐渐降低,这说明超级13Cr与N80偶接时,电位较负的N80油管钢为阳极,其表面发生腐蚀,而电位较正的13Cr试样为阴极,其表面受到保护;NaCl溶液浓度越大,13Cr-N80油管钢电偶对中的N80被腐蚀的程度越低。

13Cr-N80油管钢电偶对在不同浓度NaCl溶液中进行电偶腐蚀试验后,电偶对中N80油管钢表面腐蚀的微观形貌如图4所示。由图4可知,当NaCl溶液浓度为5%时,N80油管钢的腐蚀相对严重,腐蚀产物膜层覆盖在N80油管钢基体表面,比较疏松,部分腐蚀产物呈现龟裂状;当NaCl溶液浓度为15%时,N80油管钢的腐蚀程度下降,且腐蚀产物膜分布不均匀,覆盖在基体表面上的腐蚀产物膜呈现出凹凸不平的形状;当NaCl溶液浓度为25%和35%时,N80油管钢的腐蚀程度明显降低,且有部分基体组织外露。当NaCl溶液浓度降低时,其表面的腐蚀产物一定程度上可阻止Cl-对N80钢基体的腐蚀,但疏松的腐蚀产物却为Cl-进一步腐蚀N80基体提供了通道,疏松的腐蚀膜层对Cl-的扩散抵抗能力减弱,导致13Cr-N80油管钢电偶对中N80油管钢的腐蚀速率增大。

2.4 腐蚀产物

13Cr-N80油管钢电偶对在不同浓度NaCl溶液中进行电偶腐蚀试验后,采用EDS分析了电偶对中N80试样表面的腐蚀产物,其元素质量分数见表5。可以看出,在NaCl溶液浓度低于15%时,EDS分析结果显示Fe的含量较低,说明N80油管钢试样发生了较为严重的腐蚀;在浓度高于25%时,EDS结果显示Fe含量较高,说明N80油管钢试样的腐蚀程度减轻,其腐蚀产物均主要是由Fe的氧化物组成。

对13Cr-N80电偶对中的N80油管钢试样表面的腐蚀产物进行了XRD分析,其XRD图谱如图5所示。XRD分析结果显示为 Fe和Fe3O4的物相峰,即13Cr-N80电偶对中的N80油管钢在不同浓度NaCl溶液中的腐蚀产物均主要由Fe3O4组成。实验发现,电偶腐蚀后13Cr-N80油管钢电偶对中N80油管钢试样表面有一层黑色产物膜,根据电偶腐蚀实验试样表面EDS成分分析,可知这层黑色物质为Fe氧化物。在电偶腐蚀发生初期,N80油管钢表面未形成腐蚀产物膜的覆盖,因而此时单质Fe的阳极溶解过程是电偶腐蚀过程的控制步骤,随着电偶腐蚀的进一步进行,N80油管钢表面生成的Fe离子形成了Fe的氧化物附着在N80试样表面上。

3 结论

(1)在5%~35%的NaCl溶液中,N80的开路电位均明显低于13Cr,N80与13Cr之间存在明显的电位差,当其偶接时会发生电偶腐蚀,13Cr钢为电偶腐蚀电池的阴极,N80油管钢为电偶腐蚀电池的阳极,随着NaCl溶液浓度的增加,13Cr的开路电位变化不大,而N80钢的开路电位正移。

(2)在5%~35%的NaCl溶液中,13Cr与N80偶接时均发生不同程度的电偶腐蚀,13Cr-N80油管钢电偶对必须对N80防护后方可偶接使用,且随着NaCl溶液浓度的增大,13Cr-N80电偶对的电偶电流密度减小,N80油管钢的腐蚀程度降低,当NaCl溶液浓度高于25%时尤为明显。

(3) 13Cr-N80油管钢电偶对在5%~35%的NaCl溶液中偶接时,13Cr作为阳极被保护,而N80作为阴极被腐蚀,其表面的腐蚀产物主要由Fe3O4组成。

参考文献

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NaCl溶液浓度 篇3

1 实验部分

1.1试剂和仪器

粉末活性炭:过200目筛;乌洛托品、酚醛树脂:纯度大于99.5%, 新润树脂研究所;NaCl:分析纯。

DDS-11A型电导率仪:上海雷磁新泾仪器有限公司;CP225D型电子天平:德国Sartourius公司;202-1型电热干燥箱:江苏省东台县电器厂;DF1720SC10A型直流稳压电源:中策电子有限公司;电吸附反应器:自制, 5 cm×1.6 cm×3 cm;小型密封炉:自制;S-570型扫描电子显微镜 (SEM) :日本日立公司;1730型傅立叶变换红外光谱 (FTIR) 仪:美国PE公司;PGSTAT302型电化学工作站:荷兰Eco Chemie公司。

1.2实验方法

1.2.1 粉末活性炭预处理

将粉末活性炭在去离子水中煮沸2 h, 然后用大量的去离子水洗至电导率小于10 μs/cm, 放入电热干燥箱中烘干24 h, 取出放在干燥器中待用。

1.2.2 活性炭电极的制备

向处理后的粉末活性炭中加入一定量的黏结剂酚醛树脂和固化剂乌洛托品, 用研钵充分研磨, 混合均匀, 在180 ℃下将混合物热压黏结在长5 cm、宽3 cm的石墨纸上, 然后在氮气保护下850 ℃碳化2 h, 得到活性炭电极。电极有效表面积为13 cm2。

1.2.3 电吸附与再生试验

取质量浓度为500 mg/L的NaCl溶液20 mL置于电吸附反应器中, 活性炭电极间距为1.5 cm, 于1.2 V的电压下, 每隔15 min用电导率仪测定溶液的电导率, 直至电导率不再发生变化。

脱附反应时电极接反向电压10 min后, 断电20 min。

1.3分析方法

利用SEM观察电极的表面形貌;利用FT-IR仪分析电极表面的官能团;用电化学工作站采用循环伏安法对电极进行测试, 测试中采用三电极系统, 活性炭电极为工作电极, 铂片为对电极, Ag/AgCl电极为参比电极, 电解液为0.1 mol/L的NaCl溶液, 扫描速率为10 mV/s, 扫描电压为-1.2～1.2 V。

2 结果与讨论

2.1活性炭电极的表面性质

碳化前后活性炭电极的SEM照片见图1。由图1a可见, 由于黏结剂的作用, 使粉末活性炭成为一个整体黏在石墨纸上, 表面的孔洞完全被黏结剂所覆盖, 从而大大降低了活性炭电极的比表面积;由图1b可见, 黏结剂得到了很好的碳化, 重现了活性炭表面粗糙的孔洞结构。这一方面提高了电极的亲水性, 且留下了部分中孔, 有利于溶液的进出, 提高了活性炭微孔利用率;另一方面, 碳化后留下的炭骨架可以在活性炭颗粒之间起桥梁作用, 增强了电极的导电性, 使电极的电阻大大降低[17]。

活性炭电极的FTIR谱图见图2。由图2可见:3 420 cm-1处的吸收峰是—OH振动所致;1 615 cm-1处的吸收峰为—COOH中的undefined非对称伸缩振动的结果, 1 200 cm-1左右处的宽吸收峰应为—COOR所致, 这些含氧官能团能大大改善电极的浸润性, 使活性炭和溶液充分接触, 使溶液中的离子更容易进入到活性炭电极的孔洞中[18]。

2.2活性炭电极电化学性能分析

碳化前后活性炭电极在NaCl溶液中的循环伏安曲线见图3。由图3可见:在所加电压范围内, 循环伏安曲线具有对称的形状, 电流随电压稳定地升高和降低, 可见在所加电压范围内没有氧化还原反应发生, 因此该电吸附过程是一稳定而又可逆的过程;碳化前的电流最大值为0.019 8 A, 而碳化后的电流最大值增大至0.042 7 A, 表明碳化后电极的双电层形成速率更快。由双电层电容计算公式[4]估算得到碳化后电极的双电层电容是碳化前的2.16倍。这是因为电吸附主要是利用电极表面形成的双电层存储溶液中的离子, 双电层的形成快慢及双电层电容的大小直接决定吸附速率的快慢和吸附容量的大小[19,20], 因此碳化后电极的吸附速率和吸附容量与未碳化电极相比大大提高。

2.3活性炭电极对溶液中NaCl的电吸附性能

活性炭电极对溶液中NaCl的电吸附随时间的变化见图4。由图4可见:用未碳化的活性炭电极电吸附处理NaCl溶液, 最终NaCl质量浓度为433.67 mg/L;而用碳化后的活性炭电极, 最终NaCl质量浓度可达362.24 mg/L, 可见碳化后活性炭电极的电吸附能力大大增加。经计算, 碳化后的活性炭电极的吸附率是碳化前的1.59倍, 吸附容量也由1.14 mg/g提高到3.29 mg/g。

● 碳化前; ■ 碳化后

2.4活性炭电极的再生

碳化后活性炭电极的电吸附和脱附过程中NaCl溶液质量浓度的变化见图5, 碳化后活性炭电极的吸附率和脱附率见图6。

由图5可见:当电极接反向电压时, NaCl质量浓度迅速增大, 说明活性炭电极具有可再生性, 且活性炭电极脱附速率比吸附速率更快。由图6可见:第一次使用时吸附率为27.6%, 经5次重复使用后吸附率仍可达到22.6%, 说明活性炭电极有着良好的重复利用性;且第一次使用时脱附率为84.8%, 重复使用时脱附率接近100%, 这是由于在第一次使用时由于物理吸附所吸附的离子不能完全脱附, 而重复使用时主要是以电吸附作用吸附离子。

3 结论

a) 用活性炭、酚醛树脂和乌洛托品制备了活性炭电极。经过碳化后, 电极表面的酚醛树脂得到很好的碳化, 活性炭重现了表面的粗糙的孔洞结构, 并带有丰富的含氧官能团。

b) 循环伏安测试结果表明电吸附是一稳定而又可逆的过程, 碳化前的电流最大值为0.019 8 A, 而碳化后的的电流最大值增大至0.042 7 A, 碳化后的电极的双电层电容是碳化前的2.16倍, 说明碳化后电极的双电层的形成速率更快。

c) 经850 ℃碳化后活性炭电极的吸附能力大大增加, 碳化后电极的吸附率是碳化前的1.59倍, 吸附容量也由1.14 mg/g提高到3.29 mg/g。

d) 活性炭电极有良好的重复利用性, 经5次重复后吸附率由27.6%降至22.6%, 而脱附率仍接近100%。

摘要：用活性炭、酚醛树脂和乌洛托品制备了活性炭电极。利用扫描电子显微镜 (SEM) 、傅立叶变换红外光谱仪 (FTIR) 分析了电极的表面性质, 发现电极表面的黏结剂可完全碳化, 且活性炭上带有大量含氧官能团;利用电化学工作站采用循环伏安法对电极进行了测试, 表明电吸附是一稳定而又可逆的过程, 电极电流的最大值由碳化前的0.019 8A升至碳化后的0.042 7A, 双电层电容提高到碳化前的2.16倍;对NaCl的电吸附实验表明碳化后电极的电吸附率是碳化前的1.59倍, 活性炭的吸附容量也由1.14mg/g提高到3.29mg/g, 且活性炭电极具有良好的重复利用性。

NaCl溶液浓度 篇4

低Cr钢是石油工业油井套管用材,低Cr钢中含有1% ~ 5% Cr,比碳钢及低合金钢更耐蚀,如抗CO2腐蚀能力是碳钢的3 ~ 4 倍,成本不超过碳钢的1. 5 倍[1 ～ 4]。由于油井套管服役环境恶劣,腐蚀介质多为高矿化水溶液,其中含有大量的Cl-和一些其他的阴离子和阳离子,对钢的腐蚀过程和腐蚀速率具有显著影响[5],其中Cl-是引起局部腐蚀的主要因素,它可以破坏穿透钢材表面,使腐蚀过程中形成的保护膜疏松、剥落,加快点腐蚀的成核速率,加速点腐蚀的发展,造成严重的点腐蚀[6 ～ 8]。

为了深入了解低Cr钢在实际服役环境下的腐蚀特性,尤其是在高Cl-腐蚀环境中的腐蚀行为,本工作采用电化学测量方法和浸泡试验方法研究了3Cr钢在3. 5% Na Cl溶液中静、动态的电化学腐蚀行为及不同温度下动态腐蚀的宏观规律; 利用电化学极化曲线、电化学阻抗谱解析得到电化学腐蚀的主要参数,获得了其腐蚀形态和腐蚀速率,以期为低Cr钢在Cl-腐蚀环境中的应用提供参考。

1 试验

1. 1 材料与腐蚀溶液

低Cr钢取自于油井套管,为3Cr钢,化学成分( 质量分数) : 0. 230 0% C,0. 310 0% Si,0. 550 0% Mn,0. 003 2% S,0. 010 0% P,0. 180 0% Ni,3. 040 0% Cr,0. 180 0% Ni,0. 011 0% V,0. 023 0% Ti,余量为Fe; 其显微组织为典型的铁素体+ 珠光体组织,硬度为16 ~18 HRC。

腐蚀溶液为3. 5% Na Cl溶液,采用蒸馏水和分析纯Na Cl配制,p H值为6. 6 ~ 7. 2。

1. 2 测试分析

1.2.1电化学

电化学测量在PARSTAT 2273 电化学测试系统上进行,电解池为1 L的玻璃电解池; 工作电极为3Cr钢,尺寸为10. 0 mm × 10. 0 mm × 2. 5 mm,工作面面积为1. 0 cm2,用100 ~ 800 号砂纸逐级打磨光滑。非工作面用环氧树脂密封。辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极( SCE) ; 先测量开路电位,测试时间为40h; 之后按上述方法打磨光滑,测量动电位极化曲线,极化从阴极区开始,极化电位约为- 1. 0 V,以0. 2 m V/s扫描速率增加极化电位到阳极区,直到极化电位约为- 0. 3 V时停止; 试样重新打磨后测量电化学阻抗谱,测试的频率为100 k Hz ~ 10 m Hz,阻抗测量信号幅值为10 m V正弦波[9]。

静态测量在静止的溶液中进行。动态测量采用旋转电极法,加速溶液流动,试样旋转的圆周线速率为1 m / s,相当于腐蚀介质的流速为1 m / s。

所有电化学测量环境温度均为25 ℃。

1. 2. 2 浸泡腐蚀

浸泡试样的尺寸为30 mm × 20 mm × 3 mm,采用100 ~ 800 号砂纸逐级打磨光滑,丙酮清洗烘干,然后用精度为0. 1 mg的电子天平称重并精确测量其尺寸,计算其表面积。

静态浸泡在室温下进行,浸泡周期为207 d。动态浸泡分别在25,40,60,80 ℃ 下进行,周期为7 d,试样旋转的圆周线速率为1 m/s。

浸泡结束后,取出试样,用自来水冲洗约5 min,去除其表面残留的腐蚀介质,然后用10% 盐酸去除腐蚀产物,并用空白试样进行校正; 用无水乙醇脱水、吹干,用电子天平称重,以失重法计算其平均腐蚀速率:

式中W0,W ———试样腐蚀前后的质量,g

S———腐蚀前表面积,cm2

t———腐蚀时间,h

ρ———材料密度,3Cr钢取7. 8 g / cm3

在VHX-600 超景深显微镜下观察试样腐蚀形貌。

2 结果与讨论

2. 1 开路电位

图1 为3Cr钢在3. 5% Na Cl溶液中的电极电位E随测量时间t的变化。从图1 可以看出,电极电位E在静态和动态下的变化趋势基本相同: 在0 ~ 10 h内,E随测量时间t的延长逐渐下降,10 h后E基本达到稳定,可得到一个稳定的电极电位; 以30 h的电极电位为3Cr钢的开路电位Eocp,静态和动态的Eocp分别为- 629,- 555 m V,动态的比静态的高,这是由于动态溶液中的溶解氧增加[10],更多的中性分子氧吸附在双电层上,从而相对减少了Cl-在双电层上的吸附,导致Eocp朝正方向移动。

2. 2 极化曲线

图2 为3Cr钢在3. 5% Na Cl溶液中静、动态下的动电位极化曲线。从图2 可以看出: 3Cr钢的阳极极化呈现活性腐蚀溶解行为,即当极化电位增加时阳极溶解电流密度持续增加,没有钝化现象; 静态和动态的Ecorr分别为- 499 m V和- 473 m V,Ecorr和Eocp存在差异是由于腐蚀电位Ecorr不是稳态测量。与Eocp测量结果的相比,Ecorr均朝正的方向移动,动态的Ecorr比静态的Ecorr较高,与Eocp的变化趋势一致。

在动电位极化条件下,活性阳极溶解时电极的净极化电流密度J和体系的极化电位E符合Butler -Volmer电极动力学方程:

式中Jcorr———腐蚀电流密度

ba,bc———阳极和阴极Tafel常数

Rp———极化电阻

应用叠代拟合法[11],在| ΔE | ≤50 m V极化电位范围内对图2 的极化曲线进行解析,结果见表1。由表1可知: 静态和动态极化时ba较接近,这与X120 管线钢在二氧化碳饱和溶液中3% Na Cl的结果一致[10]; 静态下的bc比动态下的显著升高,这与氧浓差极化有关,因为溶液流动时一方面增加了溶液中的含氧量,另一方面加速搅拌,促进了扩散,消除了阴极极化时氧的浓差极化; 静态下的腐蚀电流密度为0. 013 m A/cm2,明显低于动态下的0. 093 m A/cm2,静态的腐蚀速率约为动态的6. 9 倍,说明静态比动态具有高的极化电阻Rp; 溶液加速流动显著加速了腐蚀过程,降低了电化学腐蚀的极化电阻,增大了3Cr钢在Na Cl溶液中的腐蚀电流密度。

2. 3 电化学阻抗谱

图3 为3Cr钢在3. 5% Na Cl溶液中静、动态下的电化学阻抗谱。从图3 可以看出,在3. 5% Na Cl溶液中3Cr钢的电化学阻抗谱呈一个变形的半圆。

图4 为3Cr钢在3. 5% Na Cl溶液中静、动态下的Bode谱。由图4 可以看出: 3Cr钢动态下具有2 个明显的波峰,静态下虽无波峰,但波峰两侧的曲线不对称,即静、动态下均呈现2 个时间常数,由高频容抗弧和低频容抗弧叠加而成。静态腐蚀的阻抗谱变形半圆的半径比动态的大,表明加速溶液流动降低了电化学阻抗,即降低了材料的抗腐蚀能力。

图5 为采用阻抗谱分析软件ZSIMP -WIN在最佳条件下对图3 拟合的电化学阻抗谱等效电路。其中Rs是溶液电阻,Cf是腐蚀产物膜电容,Rf为腐蚀产物膜电阻,Qdl为双电层电容的常相位角元件,Rct是双电层电荷传递电阻。

图5 中的电化学等效电路的阻抗Z:

通常,双电层的电容Qdl因腐蚀产物或钝化膜的形成使电极表面变得比较粗糙,并不是理想的电容元件,其阻抗具有以下形式[12]:

其中,ω 为电化学阻抗测量时激励信号的角频率,j为虚数符号,m为常相元件的指数。当m = 1 时,常相元件为理想的电容元件。

应用ZSIMP-WIN电化学阻抗分析软件,最佳拟合条件下得到的图5 等效电路参数见表2。由表2 可知:动态腐蚀过程的Rs,Rf和Rct值均比静态腐蚀的低; 动态下的电化学极化电阻RT值较静态的低,再次说明溶液流动加速了电化学腐蚀过程。应该指出,RT与动电位极化得到的极化电阻Rp因测量方法不同,二者的数值有差别,但溶液流动条件对电化学腐蚀影响的趋势是一致的。

2. 4 浸泡腐蚀速率

2. 4. 1 浸泡时间

图6 为25 ℃,207 d静态浸泡和7 d动态浸泡后3Cr钢的表面形貌。由图6 可见: 静态腐蚀呈现明显的点腐蚀特征,动态腐蚀呈现明显的台地腐蚀特征; 台地腐蚀形貌是点蚀沿腐蚀坑半径方向发展的结果,与介质流速有关。因此,3Cr钢在高含量Na Cl溶液环境中具有较高的点腐蚀敏感性。

采用失重法计算得到3Cr钢在静态和动态的平均腐蚀速率分别为0. 064,1. 208 mm/a,动态的平均腐蚀速率约为静态的19 倍,说明溶液流动显著提高了3Cr钢的腐蚀速率,这与电化学测量的结果一致。

试样静态浸泡207 d的最大腐蚀坑深度为0.38 mm,换算为最深腐蚀坑的腐蚀速率为0. 670 mm/a。动态浸泡7 d试样的最大腐蚀坑( 台地) 深度为0. 10 mm,换算为最大腐蚀坑的腐蚀速率为5. 214 mm/a。由此可见,溶液流动加速了3Cr钢的点腐蚀过程。

按照NACE的腐蚀性评价指标[13],静态点腐蚀速率大于0. 380 mm/a,属于严重腐蚀,3Cr钢的最大点腐蚀速率为0. 670 mm/a,大于0. 380 mm/a,其腐蚀的等级为严重腐蚀; 以平均腐蚀速率评价其腐蚀性等级为中等。因此,3Cr钢在3. 5% Na Cl溶液中点腐蚀敏感性较高。

2. 4. 2 溶液温度

在温度25,40,60,80 ℃ 下,动态浸泡周期为7 d时,3Cr钢均发生了明显的点腐蚀和台地腐蚀,其形貌与图6b相似。

不同温度下动态平均腐蚀速率与溶液温度的关系见图7。可见,在25 ~ 80 ℃ 内平均腐蚀速率存在极值现象,60 ℃左右时具有最高的腐蚀速率。

将不同温度下动态腐蚀坑( 或台地) 深度按由小到大顺序排列,应用平均秩为腐蚀坑深度概率分布的统计量,腐蚀坑深度的分布概率为:

式中,N为测量试样表面腐蚀坑的数量,k为腐蚀坑深度值由小到大排列的顺序号。图8 为不同温度下腐蚀坑深度与其对应概率在正态概率坐标纸上的关系与腐蚀坑分布概率对应的正态偏量Up。由图8 可见: 不同温度下腐蚀坑深度值与其对应概率在正态概率坐标纸上近似呈直线,表示腐蚀坑深度的分布可近似按正态分布处理; 3Cr钢点蚀的深度也是随温度的升高先增大后减小,呈现极值现象,25,40,60,80 ℃下,最大的腐蚀坑深度分别为0. 10,0. 19,0. 27,0. 18 mm,换算为年腐蚀速率分别为5. 214,9. 907,14. 079,9. 386 mm/a。

温度对3Cr钢腐蚀速率的影响与腐蚀过程的电极反应速率、去极化剂扩散及溶液中的含氧量有关。温度升高,使得电极反应的速率加快,同时增加溶液中氧的扩散,从而加速腐蚀过程,使得腐蚀速率增大; 温度升高时,氧在水溶液中的溶解度降低,阴极反应减缓,所以温度对腐蚀速率的影响具有双重性[14]。另外,温度升高使得腐蚀产物膜的形成加快,腐蚀产物膜的形成对腐蚀过程起一定的抑制作用。正是温度在这几个方面所起的综合作用,使得3Cr钢腐蚀中的温度效应呈现出先增加后降低的变化规律,并在一定温度下( 如60 ℃ ) 达到最大值。

3 结论

( 1) 3Cr钢在3. 5% Na Cl溶液中动态下的开路电位较静态下的正移,但在动态下具有高的腐蚀电流密度和低的电化学阻抗。

( 2) 在3. 5% Na Cl溶液中静、动态浸泡后,低Cr钢呈现明显的点腐蚀或台地腐蚀特征,点腐蚀等级属于严重腐蚀。

NaCl溶液浓度 篇5

高丹草是根据杂种优势原理, 用高粱和苏丹草杂交而成, 是由第3届全国牧草品种审定委员会最新审定通过的新牧草。高丹草综合了高粱茎粗、叶宽和苏丹草分蘖力、再生力强的优点, 杂种优势非常明显。4~10月生长期中, 1次播种多次刈割, 产鲜草总量120~150t/hm2;肥水条件充足时, 总产量可达210~300t/hm2。干草中含有粗蛋白15%以上, 粗脂肪均高于双亲, 含糖量较高, 适宜青贮, 可用来养牛、羊、兔、鹅和鱼等畜禽。

1 材料与方法

1.1 植物材料

高丹草种子。

1.2 试验盐水的配制

以化学纯Na Cl为试剂, 分别配制50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L、200mmol/L、250mmol/L、300mmol/L、350mmol/L溶液。

1.3 试验方法

在直径9cm培养皿中放入3层滤纸, 分别加入盐溶液使滤纸饱和, 以去离子水作对照, 然后各放入高丹草种子30粒, 3次重复。移入25℃的恒温培养箱中培养, 逐日观察统计发芽种子数, 并补充蒸发的水分, 使各处理盐浓度维持不变。

1.4 测定方法

将种子播种到Na Cl梯度滤纸上, 从转移至光照培养室培养12h后开始观察种子的出芽情况 (有根并且芽长等于种子的1/2计为发芽) , 以后每隔12h观察1次发芽率, 直到催芽结束, 同时记录幼芽生长状况, 共调查7d。计算发芽势 (GE) 、发芽率 (GP) 、幼苗生长势 (S) 、发芽指数 (GI) 、萌发活力指数 (GVI) [5]。计算公式如下:GE=前3d发芽种子数/种子总数×100%;GP=7d发芽种子数/种子总数×100%;GI=∑Gt/Dt (Gt指在t时间内的发芽数, Dt指发芽天数) ;GVI=∑Gt/Dt×幼苗平均鲜重;S=预选时间内供试种子平均芽长+平均根长或幼苗平均芽长+平均根长或幼苗平均鲜重。发芽第7天用直尺测量幼苗的根长, 计算平均根长。

2 结果与讨论

由表1可以看出, 随着盐浓度的增加, 高丹草种子的发芽率、发芽势、幼苗生长势、发芽指数、萌发活力指数和平均根长均呈下降趋势。从对照到50mmol/L时下降的幅度最大;至300mmol/L时种子仍有少量种子萌发;350mmol/L时种子萌发完全受到抑制。在不同的时间胁迫下, 根长表现出随盐浓度的升高而下降的总趋势, 而且盐浓度越高, 受抑制程度越大。

3 结论

盐胁迫对高丹草种的活力有很大的影响。不同的盐浓度对高丹草的发芽势、发芽率、幼苗生长势、发芽指数、萌发活力指数和平均根长有不同的影响。随着盐浓度的升高, 高丹草种子的活力逐渐降低。

摘要：采用7个不同浓度梯度 (50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L、200mmol/L、250mmol/L、300mmol/L、350mmol/L) 的NaCl盐溶液对高丹草种子进行处理, 测定高丹草种子的发芽势、发芽率、发芽指数及萌发活力指数。结果表明:盐胁迫下, 高丹草种子发芽受到显著抑制;且随NaCl浓度的增加, 其抑制作用越明显。

关键词：盐胁迫,高丹草,种子,萌发

参考文献

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[4]李海云, 赵可夫.盐对盐生植物种子萌发的抑制[J].山东农业大学, 2002, 33 (2) :170-173.

NaCl溶液浓度 篇6

镁合金具有密度小、比刚度和比强度高、电磁屏蔽性好、易于回收等优点, 在航天航空、汽车和3C等领域显示出独特的优势。但是, 其电极电位低, 极易受到腐蚀, 应用又受到了限制。Cl-是一种常见的腐蚀性离子, 目前对镁合金微弧氧化膜的研究, 主要集中在成膜工艺及Cl-环境里膜的耐腐蚀性能等方面[1~3], 对其在Cl-溶液中的腐蚀过程、腐蚀特征及膜层的失效机理尚不够深入。

本工作通过测定AZ91D镁合金微弧氧化膜在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间的动电位极化曲线, 结合扫描电子显微镜 (SEM) 、X射线衍射仪 (XRD) 对其腐蚀产物形貌和相结构进行了分析, 研究了其腐蚀过程和腐蚀特征, 探究了膜层的失效机理, 建立了其腐蚀模型。

1 试验

(1) 基材前处理基材为AZ91D镁合金, 尺寸为28 mm×10 mm, 化学成分 (质量分数, %) :Al8.500~9.500, Zn 0.450~0.900, Mn 0.170~0.400, Si 0.080, Cu 0.025, Ni 0.001, Fe 0.004, 其他杂质为0.010, 余量为Mg。基材经400, 800, 1 200号砂纸依次打磨, 去离子水、丙酮超声波清洗后热风吹干。

(2) 微弧氧化膜的制备采用自制的程控微弧氧化双极性脉冲电源, 恒压模式, 正电压为430 V, 负电压为0V, 频率700 Hz, 占空比20%。电解液:5~20 g/L硅酸钠, 5~15 g/L氟化钾, 1~5 g/L氢氧化钠[4];采用冷却系统控温至20~40℃, 氧化时间为30 min。

(3) 测试分析用TT260数字式覆层测厚仪测量微弧氧化膜的厚度。用JSM-6700F型场发射扫描电镜 (SEM) 观察其在3.5%Na Cl溶液中腐蚀前后的表面形貌。用DMAX-RB型X射线衍射仪 (XRD) 分析膜浸泡前后的相组成。采用CHI660C电化学分析仪测试电化学性能:试样为工作电极, 暴露面积为1 cm2, 铂片为辅助电极, 饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极;腐蚀介质为3.5%Na Cl溶液, p H值为6.8~7.2;扫描速度0.5 m V/s, 扫描范围-1.75~-1.25V, 室温。

2 结果与讨论

2.1 微弧氧化膜的动电位极化曲线

图1为微弧氧化膜在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间的动电位极化曲线, 采用Tafel直线外推法拟合的电化学参数见表1。从表1可以看出:在整个浸泡过程中, 腐蚀电位Ecorr变化并不明显, 在-1.50 V左右波动, 说明Ecorr不能准确地反映氧化膜的腐蚀过程;腐蚀电流密度Jcorr的大小反映了微弧氧化膜腐蚀速度的快慢, 浸泡0.5 h时Jcorr达到10-9数量级, 6.0h后增加1个数量级, 腐蚀速度加快, 24.0 h后Jcorr略有降低, 之后又逐步增大, 浸泡120.0 h后Jcorr的数量级增至10-6A/cm2, 240.0 h后增至10-5A/cm2, 与镁合金基体相近[5], 说明氧化膜已对基体失去保护作用。从图1可以看出:阳极极化曲线略有波动, 这可能是由膜表面不断发生无规律性变化, 如有腐蚀产物生成或分解、使之不稳定而造成的。

2.2 微弧氧化膜的腐蚀形貌

AZ91D镁合金表面微弧氧化膜厚约 (22±2) μm。在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间后的SEM形貌见图2。从图2可以看出:膜由外部多孔层和内部致密层构成, 由于氧化物的融化及微弧通道气体的溢出[5], 膜的表面有微裂纹等缺陷存在;浸泡6.0 h, 氧化膜表面几乎没有变化;24.0 h表面出现均匀的白色絮状物, 还有部分区域出现微小裂纹;72.0 h时膜表面的白色絮状物未明显增加, 但整个表面呈现“龟裂”状, 最大裂缝为1μm;随着浸泡时间的延长, 膜的“龟裂”程度加深, 浸泡120.0 h时裂缝宽度增大至3~5μm。可以预见, 随着浸泡时间的延长, 微裂缝横向、纵向逐步扩展, 膜会被“切断”成为小颗粒并脱落, 表面出现点蚀孔, 同时许多微缝隙将从纵向上成为“通孔”, 与基体相连, 腐蚀性离子穿过此“通孔”造成镁合金基体的腐蚀, 致使膜对基体失去保护作用。

2.3 微弧氧化膜的腐蚀产物相结构

图3是微弧氧化膜及其在3.5%Na Cl溶液中浸泡120.0, 240.0 h后的XRD谱。由图3可看出:浸泡前镁合金微弧氧化膜的主要物相为Mg2Si O4和Mg O;浸泡后表面出现了腐蚀产物相Mg (OH) 2, 这与文献[5~7]的结果相一致。

2.4 腐蚀过程

根据孔蚀的产生机理[8,9]及极化曲线中极化电流 (或极化电阻) 的变化特点, AZ91D镁合金微弧氧化膜腐蚀发展的过程可以分为3个阶段, 其对应的腐蚀模型见图4。

(1) 腐蚀初期 (浸泡6.0 h内) 氧化膜呈外部多孔层、内部致密层双层结构, 表现出较好的耐蚀性, 对镁合金基体的保护近似于机械阻挡的作用 (见图4a) 。

(2) 腐蚀中期 (浸泡6.0~24.0 h) 随着浸泡时间的延长, 侵蚀性离子 (Cl-) 填满膜内的缺陷 (微裂纹) 处, 或膜表面的微孔向致密层移动, 然后以较慢的速率继续向致密层内部渗透, 由于水分子的渗透速度较Na Cl的快[5], 氧化膜表面将发生如下反应:

腐蚀电流密度增大, 腐蚀产物[Mg (OH) 2]出现, 同时被吸附至膜层表面 (见图4b) , 并逐步填充氧化膜表面微裂纹及外部多孔层, 在一定程度上阻挡了腐蚀性离子的迁移, 减弱了腐蚀过程的进行, 腐蚀产物和膜的复合阻挡作用对基体的防护作用有所改进, 因而极化电流密度呈减小趋势。

(3) 腐蚀后期 (浸泡24.0 h以后) 浸泡时间继续延长, 腐蚀产物逐渐增多, 由于Mg (OH) 2的摩尔体积大于Mg O[5], 在力的作用下原微孔和微裂纹会纵向和横向扩展 (见图4c) , 氧化膜表面会有许多新的微裂纹产生而出现“龟裂”。微裂纹的扩展增加了腐蚀性离子进入膜内的几率, 更多的腐蚀性离子积聚在裂纹中, 当扩散作用超过腐蚀产物的阻挡作用时, 腐蚀过程加速, 腐蚀电流密度增大。部分裂纹 (尤其是缺陷处) 扩展程度加大, 横向位若干裂纹合并, 纵向位裂纹以非垂直的形式不断加深、逐步触及基体 (见图4d) , 氧化膜被“切断”成微小颗粒并逐步脱落, 基体上出现蚀点。脱落的氧化膜颗粒越来越多, 裂纹尺寸也就越来越大, 氧化膜表面逐步被穿孔形成“蚀孔” (见图4e) , 基体露出成为阳极, 成了大阴极小阳极体系, 在侵蚀性离子和水分子的作用下, 阳极溶解反应加速, 腐蚀电流密度迅速上升, 氧化膜基本失去对镁合金基体的保护作用。

3 结论

AZ91D镁合金微弧氧化膜在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀发展过程分为3个阶段:腐蚀初期, 对镁合金基体的保护近似于机械阻挡作用, 表现出较好的耐蚀性;腐蚀中期, 主要腐蚀产物Mg (OH) 2生成并吸附在膜的表面, 腐蚀产物和膜有复合阻挡作用, 对基体的防护作用有了提高;腐蚀后期, 随着腐蚀产物的增多, 微裂缝横向纵、向逐步扩展, 且相互合并, 微弧氧化膜被“切断”, 成为小颗粒逐步脱落, 基体表面出现点蚀孔, 当扩散作用超过腐蚀产物的阻挡作用时, 腐蚀速度加快, 微弧氧化膜对基体逐渐失去保护作用。

参考文献

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[8]曹楚南.腐蚀电化学原理[M].北京:化学工业出版社, 2004:50~70.

NaCl溶液浓度 篇7

Sodium alginate(SA)is an anionic copolymer from mannuronic acid(M)and guluronic acid(G)and is extracted mainly from the seaweed Laminaria hyperborea in a large-scale industrial production[1].As a biomaterial,SA has a number of advantageous features including biocompatibility and nonimmunogenicity and they are likely related to its hydrophilicity[2,3].Acritical advantage is its gentle gelling behavior,which allows encapsulation of various substances with minimal trauma.A chemically modified alginate is currently used clinically as a drug delivery vehicle for proteins that promote regeneration of mineralized tissue and as a carrier for transplanted cells[4,5].However,the mechanical stiffness of the alginate gels is often relatively low.On the other hand,it is noted that carbon nanotubes(CNTs)have attracted great interest of research-ers over the past decades because of their unique structural and the resultant electrical,optical and mechanical properties since their discovery[6,7].In addition,CNTs could be individually dispersed in alginate aqueous solution by noncovalent functionalization without any damage to CNTs[8].Bearing in mind these properties of CNTs,the low mechanical stiffness of SA may be improved by the introducing of CNTs into it.In the present work,multi-walled carbon nanotubes(MWC-NTs)were dispersed in SA aqueous solution.The effect of MWCNTs on the rheological behaviors of SA/MWCNTs solutions was investigated at different NaCl concentrations and temperatures by rheology preferentially.

1 Materials and methods

1.1 Materials

Sodium alginate(SA)was purchased from the Qingdao Mingyue Company.Multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs)was purchased from Shenzhen Bill Science and Technology Corporation.Sodium chloride(NaCl)was supplied by Shanghai Chemical Reagent.

1.2Preparation of SA and SA/MWCNTs solu-tions

The amount of SA was dissolved in distilled water to produce a viscous solution with the concentration of3 wt%SA after mechanical agitation for 4 h at ambient temperature and continue stirring for 0.5 h at 50℃.Then amount of MWCNTs were added into SA solution,following ultrasonic 15 min to achieve homogeneous dispersion.Different amount of NaCl were added to above solutions.

1.3 Rheological test

The rheological properties of the solutions were measured using an Anton-Paar MCR 301 rheometer with a cone-and-plate fixture.Steady-state flow experiments wererunattemperaturesbetween10and(55±0.1)℃.

2 Results and Discussion

2.1Effect of Na Cl on the steady rheological be-haviors of solutions

The effect of NaCl concentration on viscosity of pure SA and SA/MWCNTs complex solutions are shown in fig.1.From fig.1a,it can be seen that the apparent viscosity of solutions increased with the NaCl concentration increasing.When the NaCl concentration is low 0.5 wt%,a Newtonian plateau at lower shear rates is observed,which is more evident as the NaCl concentration was decreased.It is observed that the transition from the Newtonian regime to the shear-thining regime moves to lower shear rates as the NaCl concentration increases.When the NaCl concentration increased,the Newton plateau of the curve became narrow or disappeared.Because SA is a polyelectrolyte,the added NaCl as counter-ion could increase the interaction between SA molecules,resulting in more crosslinking and entanglements in solutions.Therefore,the apparent viscosity of solution increased with the concentration of NaCl.However,this network structure was poor and could be destroyed with the shear rate increased and the apparent viscosity was decreased sharply.

In addition,the experimental data were fitted with the Ostwald’s equation(1).The rheological parameters had been calculated using linearized eq.(1).

Whereηais the apparent viscosity(Pa·s),k is consistency index(m Pa·sn),n is the Non-Newtonian index.Rheological parameters are showed in table 1.

As can be seen from the table 1,the Non-Newtonian index for all the solutions was below 1,indicating that the addition of NaCl does not change the type of fluid system and the pseudoplastic behavior of SA solutions was maintained.In addition,the Non-Newtonian index and critical shear rate were decreased with the NaCl content increased,but the zero-shear rate viscosity was increased with the NaCl content increased.The results suggested that the addition of NaCl makes the solution more deviation from the Newtonian fluid.The reason is that higher concentration of NaCl enhanced intermolecular crosslinking and entanglement between the molecules,leading to the formation of physical gel.

As for SA/MWCNTs solutions(Fig.1(b)and table 1),it can be seen that the apparent viscosity of SA/MWCNTs solution is lower than pure SA with or without NaCl.The lower viscosity of SA/MWCNTs solutions is due to the orientation of MWCNTs and the interface slip between MWCNTs and SA molecules.In addition,the SA/MWCNTs solution viscosity is decreased due to synergy between the MWCNTs and weaken the force between the SA and NaCl.The sensitivity to NaCl of the SA/MWCNTs blend solutions was decreased due to the presence of MWCNTs.

2.2 Effect of temperature on the viscosity of solu-tion

Temperature is the very important factor on flow properties of the solution.It can provide a necessary theoretical guidance for SA/MWCNTs spinning through studying the temperature dependence of SA/MWCNTs solution viscosity.Because of the regular dependence of the viscosity of alginate on temperature,it is possible to apply the Arrhenius equation:

Whereηais the apparent viscosity(Pa·s),A is the pre-exponential factor,Eais the activation energy(J/g mole),R is the gas constant[8.14 J/(kg·K-1)]and T is the absolute temperature(Kelvin).

The viscosity with respect to shear rate changes at different temperatures are shown in fig.2.The viscosity of all the samples normally decreases with increasing temperature.The results can be illustrated that SA molecular chain movement was increased with temperature increased due to weakening interaction between molecules.

For pure SA and SA/MWCNTs investigated of lnηaversus 1/T was observed in Fig.3.The SA and SA/MWCNTs system showed close correlation with the Arrhenius model,with correlation coefficients(R2)of0.98 for pure SA and 0.99 for SA/MWCNTs solution.Thus,the Arrhenius equation is a useful tool for predicting the viscosity of both systems examined in this study.In addition,activation energy(Ea)was decreased from 169.32 to 142.27 J/g mole with introduction MWCNTs.Activation energy indicates the sensitivity of the viscosity to temperature change.Higher activation energy of the solution indicates that the SA viscosity showed a high sensitivity to temperature.However,when the Eavalue of spinning solution is large,the little changes of temperature will cause greater volatility in the viscosity of spinning solution,which is not conducive to the stability of fiber shape.The results showed that introduction MWCNTs decreased the SA molecules rigidity and increased molecules flow.Thus,it has excellent controllability on the viscosity of SA/MWCNTs solution in a wide temperature range.

3 Conclusions

The effects of NaCl concentration and temperature on rheology behaviors of SA and SA/MWCNTs solutins were investigated.The results showed that the viscosity of SA and SA/MWCNTs solutions were increased with the NaCl concentration increased and decreased with temperature increased.The SA/MWCNTs solution still belongs to pseudoplastic fluid with the addition of MWCNTs and followed by shear-thining at higher shear rate values.In addition,it has excellent controllability on the viscosity of SA/MWCNTs solution in a wide temperature range.

参考文献

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[6] Iijima S.Helical microtubules of graphitic carbon.Nature,1991;354:56—58

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