新型咪唑啉缓蚀剂缓蚀性能的理论与实验研究

采用量子化学计算与分子动力学模拟相结合的方法, 对1-(2-氨基-硫脲乙基)-2-十五烷基咪唑啉(A)、1-(2-甲基-硫脲乙基)-2-十五烷基咪唑啉(B)、1-(2-苯基-硫脲乙基)-2-十五烷基咪唑啉(C)三种新设计的咪唑啉类缓蚀剂抑制H₂S, CO₂腐蚀的缓蚀性能进行了理论研究, 并通过失重法和电化学极化曲线法进行了实验验证. 理论计算结果表明, 三种分子都具有较强的反应活性, 反应活性区域集中在咪唑环和亲水支链上, 其中C分子的反应活性最强|与金属表面发生吸附时, 分子上的咪唑环和亲水支链上的极性官能团优先吸附, 分子在Fe表面的吸附稳定性按C, A, B的顺序逐渐减弱. 失重法和电化学极化曲线法实验结果显示, 三种缓蚀剂在H₂S, CO₂共存的腐蚀介质中对Q235钢均具有良好的缓蚀作用, 最高缓蚀效率都在87%以上. 三种新型缓蚀剂的缓蚀效率大小顺序为: C＞A＞B, 理论分析与实验结果相吻合.     

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.     

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。     

羟基取代菲并咪唑衍生物对低碳钢的缓蚀性能

通过分子设计,增大邻菲罗啉平面结构,在不同位次引入-OH,合成2-(2-羟基苯基)-1H-咪唑[4,5-f][1,10]邻菲啰啉(2HIP)、2-(3-羟基苯基)-1H-咪唑[4,5-f][1,10]邻菲啰啉(3HIP)和2-(4-羟基苯基)-1H-咪唑[4,5-f][1,10]邻菲啰啉(4HIP)等三种羟基取代菲并咪唑衍生物。采用失重法、电化学法以及扫描电镜等研究其在1mol·L^-1HCl溶液中对低碳钢的缓蚀性能。三种缓蚀剂在低碳钢表面服从Langmuir吸附,缓蚀效率在实验浓度范围内均超过了90%,且4HIP具有最好的缓蚀效果,最高缓蚀效率为96.36%。DFT理论计算探讨了三种缓蚀剂分子结构与缓蚀剂效率关系,理论计算与实验结果具有一致性。     

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.     

咪唑啉缓蚀剂在Fe(001)表面吸附行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了5种不同烷基链长的咪唑啉类缓蚀剂在Fe(001)表面的吸附行为和成膜机制,并对其缓蚀机理进行了深入分析.研究结果表明:咪唑啉分子的极性头基会吸附在金属表面上,而烷基碳链则背离金属表面,并通过自身的扭转形变实现稳定吸附;随着烷基链长的增加,缓蚀剂与金属基体的结合强度逐渐增加,所形成缓蚀剂膜的致密性也逐渐增大;致密的缓蚀剂膜能有效地阻碍腐蚀介质向金属表面扩散,从而达到延缓金属腐蚀的目的.5种缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果与实验结果吻合.     

分子结构对咪唑啉缓蚀剂膜在Q235钢表面生长和衰减规律的影响

采用弱极化法、电化学阻抗谱等手段研究了烷基咪唑啉和硫脲基烷基咪唑啉缓蚀剂对Q235钢在饱和CO2盐溶液中的缓蚀行为变化, 探讨了吸附膜的形成与衰减规律. 结果表明, 烷基咪唑啉和硫脲基烷基咪唑啉缓蚀剂都是以控制阳极过程为主的混合界面型缓蚀剂. 在85 ℃下, 烷基咪唑啉成膜相对较慢, 吸附能力较弱, 容易发生脱附; 而硫脲基的引入, 使得硫脲基烷基咪唑啉缓蚀剂溶液存在自动修复能力, 增强了咪唑啉环的吸附性能, 提高了缓蚀剂的缓蚀性能; 硫脲基烷基咪唑啉水解开环后, 成膜性能下降, 膜寿命和缓蚀效率也大大降低. 最后采用量子化学计算对上述结论进行了验证和解释.     

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。     

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。     

环糊精包合有机磷酸作为缓蚀剂的理论研究

采用分子模拟对三种有机磷酸(5-单磷酸腺苷(A)、羟基乙叉二磷酸(B)、2-磷酸基-1, 2, 4-三羧酸丁烷(C))及其与阳离子改性的β-环糊精(HPTEA-β-CD)形成的包合物作为缓蚀剂进行了理论研究,并通过失重法进行了实验验证.量子化学的计算结果表明,三种有机磷酸分子的反应活性主要集中在N、O、P等原子上,其中C分子的反应活性更强.同时采用分子动力学模拟HPTEA-β-CD包合A、B、C分子作为缓蚀剂在Fe(001)表面上的平衡吸附,结果表明C-HPTEA-β-CD的缓蚀效率最强.通过失重法分析,三种缓蚀剂对q²35碳钢均有良好的缓蚀性,其中C-HPTEA-β-CD的缓蚀效率最高,达到了91.50%,实验结果与理论计算的分析一致.     

芳氧亚甲基咪唑啉季铵盐的合成及缓蚀性能评价

合成了苯氧亚甲基咪唑啉季铵盐（POAI）和萘氧亚甲基咪唑啉季铵盐（NOAI）,通过失重法、电化学方法研究了二者在1 mol/L HCl中对A3钢的缓蚀性能,并对二者在A3钢表面的吸附行为进行了探讨。 结果表明,二者在1 mol/L HCl中对A3钢均有较好的缓蚀作用,其中NOAI对A3钢的缓蚀性能优于POAI的缓蚀性能;两化合物均为混合型缓蚀剂。 缓蚀性能随缓蚀剂浓度和温度的增大而增大;二者在A3钢表面的吸附过程吸热,是化学吸附,符合Langmuir吸附等温式。     

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.     

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.     

咪唑啉衍生物缓蚀剂对碳钢在CO2盐水中的缓蚀机理

采用极化曲线和交流阻抗研究新合成咪唑啉衍生物缓蚀剂对碳钢在饱和CO2盐水中的缓蚀性能和机理. 计算了缓蚀效率和热力学参数. 缓蚀效率随着缓蚀剂浓度增大而增加, 但随着温度增加先增加后降低. 咪唑啉衍生物在碳钢表面的吸附符合Langmuir等温式. 电化学结论由量子化学计算补充说明.     

咪唑啉衍生物缓蚀剂的定量构效关系及分子设计

采用量子化学密度泛函理论(DFT)及线性回归分析方法, 对十一烷基咪唑啉衍生物缓蚀剂抗H2S、CO2腐蚀性能进行了定量构效关系(QSAR)研究. 通过回归分析, 筛选出了影响缓蚀剂缓蚀性能的主要因素, 建立了QSAR模型, 并使用留一法交叉验证对模型的稳定性及预测能力进行了分析. 结果表明, 电子转移参数△N、咪唑环上非氢原子静电荷之和∑Qring及分子极化率α对咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀性能有很大的贡献, 所得模型的拟合相关系数(R2)和交叉验证相关系数(q2)分别为0.924 和0.917, 模型对此类缓蚀剂抗H2S、CO2腐蚀性能具有较好的预测效果. 应用QSAR研究结果进行了分子设计, 在理论上提出了一些具有较高抗H2S、CO2腐蚀性能的新型咪唑啉衍生物, 为实验工作者合成新型缓蚀剂提供理论参考.     

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.     

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。     

硫脲基咪唑啉季铵盐的合成及其缓蚀作用

用戊酸、羊蜡酸、油酸、二乙烯三胺、氯化苄和硫脲为原料,合成了6种咪唑啉季铵盐化合物。 采用静态失重法和极化曲线法,比较了硫脲基烷基咪唑啉型季铵盐和烷基咪唑啉型季铵盐在80 ℃、1 mol/L的HCl溶液中对碳钢的缓蚀性能,研究了这两类缓蚀剂与无机阴离子和阴离子表面活性剂的协同作用。 结果表明,硫脲基烷基咪唑啉季铵盐类的缓蚀效果明显优于烷基咪唑啉季铵盐类,硫脲基羊脂酸咪唑啉缓蚀剂的缓蚀率可达98.3%。 当以羊脂酸、二乙烯三胺、氯化苄和硫脲为原料合成的硫脲基烷基咪唑啉型季铵盐化合物与I-质量比为1∶1复配时,缓蚀效果最佳,比单独使用硫脲基烷基咪唑啉季铵盐化合物的缓蚀率提高了1.5%。     

新型咪唑啉化合物在H_2S/CO_2共存条件下对Q235钢的缓蚀性能

合成了一种新型咪唑啉化合物1-(2-氨基-硫脲乙基)-2-十五烷基-咪唑啉(IM-S),并通过失重法、电化学方法及扫描电镜等研究了IM-S在H2S/CO2共存条件下对Q235钢的缓蚀性能,探讨了其在Q235钢表面的吸附行为.结果显示,IM-S具有较好的抗H2S、CO2腐蚀能力,能同时抑制碳钢腐蚀的阴、阳极反应过程,最高缓蚀效率可达92.74%.缓蚀剂在Q235钢表面呈单分子层吸附,属于以化学吸附为主的混合吸附.最后采用量子化学方法对IM-S的缓蚀机理做了进一步分析.     

离子液体[Bmim]Cl在H2SO4中对Q235钢的缓蚀实验和理论分析

探究1-丁基-3-甲基-咪唑氯盐([Bmim]Cl)在H_2SO_4介质中对Q235钢的缓蚀性能,解决酸性环境在金属表面造成的腐蚀危害。采用静态缓蚀失重法、电化学法分析了不同浓度[Bmim]Cl对Q235钢的缓蚀性能。Q235钢表面形貌特征以及吸附行为分别采用了扫描电子显微镜(SEM)及吸附等温模型进行了分析。采用理论模拟计算分析了缓蚀剂分子在碳钢表面的缓蚀机理。结果表明,[Bmim]Cl为阴极主导的混合型缓蚀剂,随[Bmim]Cl浓度的增加,缓蚀效果越好,当[Bmim]Cl浓度为0.6 mol·L~(-1)时,缓蚀效率可达91%以上,等温吸附模型证明缓蚀剂分子可自发吸附在金属表面,符合Langmuir等温线。[Bmim]Cl通过化学键与Q235钢表面结合形成了以咪唑杂环为吸附中心、稳定化学吸附的单分子吸附层,且[Bmim]~+平行吸附于表面达到防腐蚀效果。[Bmim]Cl是一种性能优异的防腐蚀剂,能有效预防Q235钢在H_2SO_4介质中的腐蚀。