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.     

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...     

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.     

金属缓蚀剂Gemini型咪唑啉双季铵盐的合成及其性能的研究

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%盐酸介质中对铜、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。     

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.     

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。     

腐蚀介质在缓蚀剂膜中扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,从缓蚀剂膜阻碍腐蚀介质粒子(H2O、H3O+和HCO3-)向金属表面扩散的角度,研究了4种1-R1-2-十一烷基-咪唑啉缓蚀剂(R1:羧甲基(A),羟乙基(B),氨乙基(C),氢(D))抑制碳钢CO2腐蚀的缓蚀机理,并对其缓蚀性能进行了理论评价.腐蚀介质粒子在不同缓蚀剂膜中的扩散系数、粒子与膜的相互作用能以及膜的自扩散性能的计算结果表明:4种缓蚀剂均可形成稳定的缓蚀剂膜,能有效阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散,达到抑制或延缓腐蚀的目的;随亲水支链(R1)极性的增加,缓蚀剂膜对腐蚀介质粒子扩散行为的抑制能力逐渐增强;同种缓蚀剂膜对正负离子H3O+和HCO3-比对中性的H2O分子具有更强的扩散抑制能力.综合计算及分析结果,4种缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果为ABCD,与文献实验结果吻合.     

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.     

缓蚀剂膜抑制腐蚀介质扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了4种腐蚀介质粒子(H₂O, H₃O⁺, HS^-和Cl^-)在6种不同烷基链长的1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂膜中的扩散行为. 计算了腐蚀介质粒子在不同缓蚀剂膜中的扩散系数、膜的自由体积分数、粒子与膜的相互作用能等, 并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. 计算结果表明, 6种缓蚀剂膜均可有效阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散, 从而达到抑制或延缓腐蚀的目的; 随烷基链长的增加, 缓蚀剂膜对腐蚀介质粒子扩散行为的抑制能力逐渐增强; 同种缓蚀剂膜对正负离子H₃O⁺, HS^-和Cl^-比对中性的H₂O分子具有更强的扩散抑制能力.     

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.     

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.     

聚乙烯链在碳纳米管侧壁吸附的动力学模拟研究

利用经典的分子动力学模拟方法对聚乙烯(PE)分子在两种不同类型的碳纳米管(CNT)中的吸附进行了研究. 计算了两者之间的扩散系数和相互作用能; 利用PE链自身的扭转角分布和取向参数对PE链构象进行了分析. 结果表明, PE链可以在CNT上很好的吸附, 且PE的构象和吸附位置主要与温度和CNT的半径有关, 与管的类型关系不大.     

聚苯乙烯在石墨表面吸附的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法研究了单链聚苯乙烯(PS)在石墨表面的吸附. 模拟结果表明, 吸附后PS在平行于石墨表面的方向可视为准二维椭圆结构, 并且在此方向上的均方回转半径值(R2∥)与其所含单体数目(N)具有指数关系R2∥-N2v, 指数2v约等于1.04; 最后指出PS吸附过程的主要驱动力为PS链段与表面之间的范德华作用力.     

VDF-CTFE共聚物在TATB表面吸附链构象的分子动力学模拟

采用COMPASS力场和NVT正则系综的动力学计算模拟了偏氟乙烯(PVDF)与三氟氯乙烯(PCTFE)及其共聚物在1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)表面吸附能和吸附链的构象. 结果表明, 氟聚合物链与TATB表面距离小于0.8 nm时, 产生吸附放热效应. 在TATB表面, PVDF有强吸附作用, 而PCTFE的吸附能力差. 对VDF与CTFE单体摩尔比为1∶1, 1∶2, 1∶3和1∶4的共聚物吸附模拟结果表明, 共聚物的组成和链的序列结构对其在TATB表面的吸附行为和吸附链构象影响很大. 单体摩尔比为1∶2的交替共聚物链的吸附效果最佳. 随着共聚物链段中PCTFE链节的增加, 聚合物链的刚性增大, 在TATB表面吸附能力逐渐下降、吸附能亦降低, 尾型(tail)或环型(loop)构象数逐渐增多.     

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.     

十二烷基苯磺酸钠在AZ31镁合金表面的吸附及其缓蚀作用

采用电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线研究十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对AZ31镁合金在3.5%(w, 质量分数)NaCl腐蚀介质中的吸附行为及缓蚀作用. 结果表明: SDBS可有效抑制AZ31镁合金在NaCl介质中的腐蚀, 其浓度为0.008 mol·L-1时缓蚀效率可达90%以上; 升高温度并不利于提高SDBS的缓蚀效率. SDBS在AZ31镁合金表面主要发生物理吸附, 吸附过程为放热、熵增的自发过程, 近似符合Langmuir单分子层吸附模型; SDBS为混合抑制型缓蚀剂, 但主要抑制阳极反应.     

铀酰离子吸附在高岭土基面的分子动力学模拟

为研究铀酰离子在高岭土不同基面上的吸附, 对含有0.01 mol·L^-1碳酸铀酰液相和9×9×3个高岭土单胞的粘土固相的模拟盒子进行了分子动力学模拟. 从模拟的截图中直观地观察到了铀酰离子的吸附位点, 由径向分布函数得到了铀酰离子与水中氧原子的配位情况. 利用原子密度剖面图讨论铀酰离子在两个基面上的吸附倾向, 并从原子密度剖面图和均方位移等角度证实了铀酰离子在硅氧面上形成了外界配合物. 从理论上证明了表面配合模型对于吸附位点所做简化的合理性.     

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.