西安石油大学朱世东教授团队：湿气环境中CO2-H2S在α-Fe(110)密排面上吸附与点蚀机理研究

2024-12-12 13:31:49 作者：表面云社区来源：表面云社区分享至：

背景与意义：

通常认为，CO₂溶于水后生成碳酸，其腐蚀性强于同pH值下的盐酸，且该腐蚀具有局部点蚀、轮癣状腐蚀和台面状坑蚀的特征；H₂S溶于水后会电离出大量的H⁺，使pH值大幅下降从而对管材产生腐蚀，甚至造成极其严重的点蚀；而对于CO₂和H₂S共存（CO₂-H₂S）的湿气管道，其顶部甚至发生穿孔。然而，CO₂是强电子受体，有氧化剂的作用，即使没有水分子也会导致金属管道受腐蚀，H₂S同样如此。

目前，许多学者已对管材在CO₂、H₂S及其共存环境中的腐蚀行为、控制措施等进行了较多的研究，分子或原子尺度上分析结果表明，CO₂和H₂S在管材表面上的吸附特征甚少，而吸附特征研究将有助于进一步解析管材的CO₂-H₂S-Cl⁻腐蚀作用机制。因此，西安石油大学朱世东教授团队研究了CO₂-H₂S在α-Fe(110)密排面的吸附特征，结合其在管道顶部湿气环境中的腐蚀行为，从微观尺度上探究点蚀机理，以期为油气田用管道顶部腐蚀机理研究与防护技术提供理论依据。

关键词：CO₂-H₂S；Cl⁻；第一性原理；α-Fe(110)密排面；吸附特征；腐蚀机理

图文导读：

结论：

1）当CO₂、H₂S单独吸附于α-Fe(110)面时，它们最稳定吸附点均为T位，吸附能均为负值且CO₂的更负。

2）当CO₂-H₂S或CO₂-H₂S-Cl⁻共吸附于α-Fe(110)面时，约1∶1的CO₂与H₂S间存在一定的竞争和协同作用：CO₂在竞争中处于优势、CO₂-H₂S共存会促进腐蚀。

3）Cl⁻的存在使CO₂、H₂S与α-Fe(110)面间的作用力变强，但不会改变成键轨道、反应机理；Cl⁻自身具有极强的电子富集能力，且Cl⁻还会增强α-Fe(110)面的电子活性，使CO₂、H₂S周围能富集更多的电子，导致电化学腐蚀进一步加剧。

4）随着Cl⁻浓度的升高，L360钢在含CO₂-H₂S湿相环境中的腐蚀速率逐渐增大，点蚀越发严重，腐蚀产物以FeS为主。

文章信息：

该文章发表在《表面技术》第53卷第20期。

引文格式：李金灵, 马文骏, 朱世东, 等. 湿气环境中 CO₂- H₂S 在 α-Fe(110)密排面上吸附与点蚀机理研究[J]. 表面技术, 2024, 53(20): 82-93.

LI Jinling, MA Wenjun, ZHU Shidong, et al. Adsorption and Corrosion Mechanism of CO₂- H₂S on α-Fe(110) Close-packed Plane in Humid Environment[J]. Surface Technology, 2024, 53(20): 82-93.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.20.007

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