改性咪唑啉类缓蚀剂缓蚀机理的分子模拟

基于密度泛函理论和分子动力学分别研究了油酸咪唑啉(C17)、季铵化改性咪唑啉(QI)和环氧乙烷改性咪唑啉(EOI)的反应活性、吸附方式、吸附强度和最优吸附构型,揭示了 3种缓蚀剂的缓蚀机理.结果表明:3种缓蚀剂分子的反应活性区域主要分布在咪唑环、头基的N原子以及苯环上;3种缓蚀剂分子的缓蚀能力大小为QI＞EOI＞C17...     

胡麻籽油咪唑啉类缓蚀剂的制备及其缓蚀性能

以胡麻籽油、羟乙基乙二胺为原料合成咪唑啉中间体,用苄基氯进行改性,得到阳离子咪唑啉衍生物。利用FT IR对合成产物进行了表征,用静态失重法、电化学极化曲线和FESEM对其缓蚀性能进行了评价,并考察了不同缓蚀剂浓度、腐蚀浸泡时间对缓蚀效果的影响,探讨了其在A30钢表面的吸附行为。结果表明,合成的缓蚀剂在盐酸体系中对A30钢有较好的缓蚀性能,在浓度为100mg/L时对低碳钢的缓蚀效率可达87%,并且其产物为阳离子型缓蚀剂,吸附满足Langmuir等温吸附方程。最后采用量子化学方法对其缓蚀剂的缓蚀机理进行了分析。     

1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂缓蚀机理的理论研究

采用量子化学计算、分子动力学模拟和分子力学相结合的方法, 对6种不同烷基链长的1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂抑制H2S腐蚀的缓蚀机理进行研究, 并对其缓蚀性能进行评价. 前线轨道分布和Fukui指数表明, 6种缓蚀剂分子的反应活性区域均集中在分子的咪唑环上, 3个反应活性中心分别位于咪唑环上的N(4), N(7)和C(8)原子, 可使咪唑环在金属表面形成多中心吸附. 分子的反应活性及活性区域分布对烷基链长并不敏感. 单分子吸附能、膜的内聚能、吸附角和链间距的计算数据显示, 缓蚀剂膜的稳定性以及膜与金属基体的结合强度随链长的增加而增大; 当正构烷基碳链长度大于13时, 缓蚀剂可在金属表面形成一层高覆盖度、致密的疏水膜, 能有效阻碍溶液中的腐蚀介质向金属表面扩散, 从而达到阻碍或延缓腐蚀的目的.     

咪唑啉缓蚀剂膜抑制腐蚀介质扩散行为的MD研究

采用分子动力学模拟的方法,对5种1-(2-氨乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂[(NH2)C2H4-C3H4N2-CH2(CH2)nCH3,n=5,7,9,11,13]抑制CO2腐蚀的缓蚀机理进行了研究.计算了4种腐蚀介质粒子(H2O,H3O+,Cl-和HCO-3)在不同缓蚀剂膜中的扩散系数,并从自由体积分数、腐蚀介质粒子与缓蚀剂膜的相互作用、膜的自扩散性能等方面对缓蚀剂膜抑制腐蚀介质粒子扩散行为的微观机理进行了分析.扩散系数的计算结果表明:缓蚀剂膜能有效抑制腐蚀介质的迁移,削弱其腐蚀能力;与中性H2O分子对比,缓蚀剂膜对H3O+,Cl-和HCO-3带电离子的扩散具有更强的抑制效果;随烷基链长的增加,5种缓蚀剂膜对腐蚀粒子扩散的抑制能力呈增强趋势.综合分子动力学计算结果,5种缓蚀剂缓蚀性能随着烷基链长的增加逐渐增强,理论评价结论与实验结论相吻合.     

苯并咪唑类缓蚀剂缓蚀性能的理论评价

采用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的方法, 对2-巯基苯并咪唑(A)、2-氨基苯并咪唑(B)、2-甲基苯并咪唑(C)和苯并咪唑(D)等四种缓蚀剂抑制HCl对碳钢腐蚀的性能进行理论评价, 并对其缓蚀机理进行分析. 全局活性指数的计算表明, 四种分子中, 2-巯基苯并咪唑分子具有最强的反应活性; 对于其他三种分子, Fukui指数和全电子密度分布指出, 2-氨基苯并咪唑具有两个亲电攻击中心, 可在金属表面形成双中心吸附, 其缓蚀性能应优于2-甲基苯并咪唑和苯并咪唑; 缓蚀剂分子与三层铁原子表面相互作用的分子动力学模拟进一步确认2-甲基苯并咪唑比苯并咪唑在金属表面吸附更稳定. 综合量子化学计算和分子动力学模拟的计算结果, 四种缓蚀剂分子缓蚀效率的顺序应为A>B>C>D, 缓蚀性能的理论评价结论与实验结果相吻合.     

胡麻籽油咪唑啉缓蚀剂的制备及其对A30钢的缓蚀效果

以胡麻籽油、羟乙基乙二胺为原料合成咪唑啉中间体,用苄基氯进行改性,得到阳离子咪唑啉衍生物。利用FT IR对合成产物进行了表征,用静态失重法、电化学极化曲线和FESEM对其缓蚀性能进行了评价,并考察了不同缓蚀剂浓度、腐蚀浸泡时间对缓蚀效果的影响,探讨了其在A30钢表面的吸附行为。结果表明,合成的缓蚀剂在盐酸体系中对A30钢有较好的缓蚀性能,在浓度为100mg/L时对低碳钢的缓蚀效率可达87%,并且其产物为阳离子型缓蚀剂,吸附满足Langmuir等温吸附方程。最后采用量子化学方法对其缓蚀剂的缓蚀机理进行了分析。     

新型咪唑啉缓蚀剂的合成与应用

采用苯甲酸、月桂酸、二乙烯三胺和三乙烯四胺为原料,合成了4种咪唑啉季铵盐缓蚀剂,研究了在50℃、体积分数为5%的HCl介质中,咪唑啉季铵盐与阴离子表面活性剂和无机阴离子的协同作用.结果表明,以月桂酸和三乙烯四胺为原料合成的咪唑啉季铵盐与I-质量比为1:1时,缓蚀效果最佳.在不同时间和不同温度下对复合型缓蚀剂的缓蚀率的研究结果表明,缓蚀剂在静态条件下对A3钢的缓蚀率可达99.4%.较之单独使用咪唑啉季铵盐提高了1.1%左右.     

流动条件下两种不同亲水基团咪唑啉型缓蚀剂的缓蚀性能

选择了两种含有不同亲水基团的咪唑啉型缓蚀剂, 即1-胺乙基-2-十一烷基咪唑啉(AEI-11)和1-羟乙基-2-十一烷基咪唑啉(HEI-11), 分别在静态及动态条件下,采用失重法、极化曲线法、电化学阻抗谱法研究了上述缓蚀剂对N80钢在CO2饱和的3%(w)NaCl溶液中的缓蚀性能. 研究结果表明, 无论在静态和动态条件下, HEI-11均表现出更佳的缓蚀性能, 即咪唑啉型缓蚀剂的缓蚀性能与亲水基团的极性成正比; 在流动条件为5 m·s-1时, 缓蚀剂的缓蚀效率显著降低. 为了进一步研究缓蚀剂的缓蚀性能与其结构的关系, 运用量子化学法计算了缓蚀剂的EHOMO(最高占有分子轨道)、ELUMO(最低空分子轨道), 结果表明缓蚀剂的缓蚀效率与EHOMO成正比, 与ELUMO及ELUMO与EHOMO的差值驻E成反比.     

咪唑啉衍生物与硫脲之间的缓蚀协同效应研究

应用失重法、动电位扫描法、X射线光电子能谱(XPS)研究了咪唑啉缓蚀剂和硫脲复配后对碳钢在CO2盐水溶液中的缓蚀协同作用.实验表明,咪唑啉和硫脲之间存在着良好的协同效应,二者复合后对CO2腐蚀有较好的抑制作用.经XPS检测,试样表面吸附膜有N、S元素存在,而且,于接近基体处,S元素含量相对较高;而在溶液界面处,则N元素含量较高.据此推断缓蚀剂和硫脲在钢样表面可能形成"包含络合物",从而使缓蚀剂膜更加致密,缓蚀效果也更好.     

多点位吸附型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成及其缓蚀性能

以对二甲氨基苯甲酸、二乙烯三胺和氯化苄为原料,两步法合成了一种新型具有多个潜在吸附中心的季铵盐型咪唑啉缓蚀剂（MIQ）,利用傅里叶变换红外光谱对合成的产物进行了表征。 通过失重法研究了该缓蚀剂在6%盐酸溶液中对碳钢的缓蚀性能。 讨论了缓蚀剂用量、温度、时间对缓蚀性能的影响,并研究了其与某些物质复配后的协同作用。 结果表明,合成的季铵盐型咪唑啉缓蚀剂在6%的盐酸腐蚀环境中,用量为0.5%时对碳钢的缓蚀率可达97%以上,缓蚀率随温度的升高和时间的延长而降低。 MIQ与乌洛托品、KSCN以及KI等复配后可以显著改善缓蚀剂的缓蚀率。 从吸附等温线推测,该缓蚀剂抑制腐蚀的机理是缓蚀剂在碳钢表面吸附成膜,进而有效阻挡了碳钢表面与酸性清洗试剂的接触。     

2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉在柠檬酸溶液中对碳钢的缓蚀作用

采用失重实验、极化曲线和交流阻抗等方法研究了缓蚀剂2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉在质量分数为2%柠檬酸溶液中对碳钢的缓蚀性能。 失重实验表明,该缓蚀剂在柠檬酸溶液中能够有效地抑制碳钢的腐蚀,当其质量分数为0.4%时,缓蚀效率达到86.4%。 极化曲线表明,该缓蚀剂为混合型缓蚀剂,Nyquist图中单一的容抗弧变化表明碳钢电极表面的腐蚀过程主要由电荷转移步骤控制。 该缓蚀剂的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理是介于物理吸附和化学吸附之间的一种吸附。     

Gemini型咪唑啉双季铵盐金属缓蚀剂的合成及其性能

合成了系列新型咪唑啉双季铵盐阳离子缓蚀剂(S-HSJ),研究并讨论了其在5%HCl介质中对铜、铁、铝等金属的缓蚀性能及缓蚀剂结构中亲油基部分碳链长度、缓蚀时间、缓蚀剂浓度等对缓蚀效果的影响. 研究表明,S-HSJ系列咪唑啉双季铵盐对红铜、黄铜、铝及马口铁四种金属均表现出较传统单季铵盐与苯并三氮唑缓蚀剂好的缓蚀性能,S-HSJ-16双季铵盐添加量0.1%时缓蚀效率可达94%~99%,S-HSJ与阴离子表面活性剂复配对铜腐蚀表现出明显协同效应.     

2种癸二酸咪唑啉季铵盐的合成及缓蚀性能评价

合成了2种癸二酸咪唑啉季铵盐癸二酸-水杨酸咪唑啉季铵盐(SSAI)和癸二酸咪唑啉季铵盐(SAI),并采用失重法和电化学方法研究了这2种咪唑啉季铵盐对N80钢在1 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能和吸附行为。 结果表明,在1 mol/L HCl溶液中这2种化合物对N80钢均有较好的缓蚀作用,缓蚀效率大小顺序为SSAI＞SAI。 SSAI和SAI均为混合偏阳极型缓蚀剂。 2种化合物在N80钢表面的吸附服从Langmuir吸附等温式,属于化学吸附。     

咪唑啉衍生物在H_2S水溶液中的腐蚀抑制机理(英文)

使用失重法和电化学极化技术研究了咪唑啉衍生物在H2S水溶液中对碳钢腐蚀的抑制机理.结果表明:咪唑啉衍生物能有效抑制H2S的腐蚀,属于阴极型缓蚀剂.咪唑啉衍生物在金属表面上的吸附符合Langmuir等温吸附,温度越高,越有利于吸附.加入缓蚀剂后,降低了腐蚀反应的活化能和指前因子,而指前因子是腐蚀反应的决定因素,因此缓蚀剂的加入能降低腐蚀速率.     

Performance and Mechanism of Alkylimidazolium Ionic Liquids as Corrosion Inhibitors for Copper in Sulfuric Acid Solution

The addition of corrosion inhibitors is an economic and environmental protection method to prevent the corrosion of copper. The adsorption, performance, and mechanism of three 1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate ([BMIM]HSO₄, [HMIM]HSO₄, and [OMIM]HSO₄) ionic liquids (ILs) on the copper surface in 0.5 M H₂SO₄ solutions were studied by quantum chemical calculation, quantitative structure-activity relationship (QSAR), and molecular dynamics simulation. It is found that the main reactive site is located on the imidazolium ring (especially the C2, N4, and N7 groups). When the alkyl chain of the imidazolium ring is increasing, the molecular reactivity of the ILs and the interaction between the ILs inhibitor and copper surface are enhanced. The imidazole ring of the ILs tends to be adsorbed on Cu (111) surface in parallel through physical adsorption. The order of adsorption energy is [Bmim]HSO₄ < [Hmim]HSO₄ < [OMIM]HSO₄, which is in agreement with the experimental order of corrosion efficiency. On the imidazole ring, the interaction between the copper surface and the C atom is greater than that between the copper surface and the N atom. It is found that ILs addition can hinder the diffusion of corrosion particles, reduce the number density of corrosion particles and slow down the corrosion rate. The order of inhibition ability of three ILs is [Bmim]HSO₄ < [Hmim]HSO₄ < [OMIM]HSO₄,which agree well with experimental results. A reliable QSAR correlation between the inhibition corrosion efficiency and molecular reactivity parameters of the ILs was established.     

咪唑啉衍生物在含CO_2的模拟深层气井水溶液中缓蚀机理(英文)

应用电化学弱极化法和原子力显微镜(AFM)研究了咪唑啉衍生物类缓蚀剂在模拟深层气井水溶液中对碳钢的二氧化碳腐蚀的抑制效果和缓蚀作用机理.结果表明,在不同的实验温度下,该缓蚀剂均具有较好的缓蚀性能,属于以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂.该咪唑啉衍生物在碳钢表面上的吸附遵从Langm iur方程.计算了该腐蚀体系热力学参数(ΔH°、ΔG°和ΔS°)以及腐蚀反应的活化能(Ea)和指前因子(A),并解释了实验结果.     

碱性溶液中苯甲酸抗坏血酸酯对钢筋的缓蚀行为

合成了一种苯甲酸抗坏血酸酯(AB), 利用腐蚀电化学和表面分析技术, 在含3.5% NaCl的饱和Ca(OH)₂溶液中研究了化合物对钢筋的缓蚀性能, 结合量化计算和分子动力学模拟对其在铁表面的吸附行为和缓蚀作用机理进行了分析讨论. 结果表明, AB的添加可有效降低钢筋的腐蚀电流密度, 提高钢筋的耐蚀性能, 表明缓蚀剂对Cl^－引起的钢筋腐蚀具有良好的抑制作用, 为阴极型缓蚀剂. 化合物通过吸附和与铁离子形成不溶性络合物, 可在钢筋表面形成一层保护膜, 进而阻碍介质中Cl^－与金属表面的接触, 且吸附符合Langmuir等温吸附规律. 量化计算和分子模拟结果证明, 分子中内酯五元环和苯环既是亲核反应活性中心, 也是亲电反应中心, 化合物通过与铁原子间的共价键合而以平行于铁表面的方式吸附在金属表面.