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.     

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。     

甲基丙烯酸二甲氨基乙酯类离子液体 对Q235钢的缓蚀性能

以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为母体、 对氯甲基苯乙烯为季铵化试剂, 合成了一种具有疏水结构的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯型离子液体(DEMA). 通过失重实验、 电化学分析、 原子力显微镜(AFM)、 接触角测试和量子化学计算等研究了DEMA在1 mol/L盐酸中对Q235钢的缓蚀性能, 并揭示了其在Q235钢表面的吸附行为和吸附机理. 失重实验结果表明, DEMA在盐酸中对Q235钢具有优异的缓蚀效果, 且在较高温度(60 ℃)下也能保持高效吸附; 电化学实验结果与失重测试结果一致; 接触角测试结果表明, DEMA可明显增强Q235钢表面的疏水性; 分析热力学参数可知, DEMA在Q235钢表面的吸附为自发、 放热过程, 符合Langmuir等温式, 且以化学吸附为主; 量子化学计算结果证实DEMA的结构中包含大量吸附活性位点.     

新型不对称双季铵盐缓蚀剂在HCl中对Q235钢的缓蚀行为

采用静态失重法、极化曲线法和交流阻抗法研究了自制的含咪唑啉环不对称双季铵盐缓蚀剂(DBA)在1 mol•L^－1 HCl介质中对Q235钢的缓蚀性能, 并探讨了其在Q235钢表面的吸附行为. 结果表明, 缓蚀效率随DBA浓度增加而增大, 在25～55 ℃的实验温度范围内, 浓度为2.89×10^－4 mol•L^－1时, 缓蚀效率均在90%以上, 且缓蚀效率随温度升高而增大. 极化曲线测试显示DBA是一种阴极抑制为主的混合型缓蚀剂. 缓蚀剂在Q235钢表面的吸附过程为吸热过程, 其在Q235钢表面的吸附遵循Langmuir等温式, 属于化学吸附. 最后采用量子化学方法对DBA的缓蚀机理做了进一步分析.     

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.     

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.     

溶剂条件下苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能的DFT研究

通过量子化学密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-31G＊基组水平上,并考虑到溶剂的影响,应用PCM模型,对苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能与分子结构关系进行了研究,用Fukui指数分析了分子中反应活性位点,结果表明5种分子均为存在共轭体系的平面分子,2-SH-BI易于垂直吸附在金属表面,缓蚀效率与分子最高占有轨道能量EHOMO、能隙△E、分子化学硬度η偶极距μ有良好的线性关系．     

高效咪唑啉衍生物的合成及其对J55钢在饱和CO2溶液中的缓蚀性

对于井下CO₂对碳钢腐蚀严重的问题,提出以亚油酸和四乙烯五胺（TEP）为反应性单体合成产率高达98.34%的高效咪唑啉缓蚀剂（GIM）,结构经IR确证。并采用静态失重法和电化学方法评价了缓蚀剂对J55钢片在含有饱和CO₂的3.5% NaCl溶液中的缓蚀性能。结果表明：50 ℃下,未添加缓蚀剂的钢片的腐蚀速率为0.4561 mm/a;当缓蚀剂浓度达到10×10^-4 mol/L时,钢片的腐蚀速率降低到0.04017 mm/a,缓蚀剂的加入降低了对J55钢片的腐蚀速率,缓蚀效率高达90%以上。电化学实验结果表明：缓蚀剂的加入能够显著降低其腐蚀电流密度,从而有效减缓金属表面的电化学反应的进行。     

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.     

Polyvinyl alcohol–sulphanilic acid water soluble composite as corrosion inhibitor for mild steel in hydrochloric acid medium

The inhibitive action of synthesised polyvinyl alcohol–sulphanilic acid (PVASA) composite on the corrosion of commercial mild steel in 1 M HCl medium has been investigated by weight loss, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) methods. Characterization of PVASA composite has been carried out using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Experimental results reveal that PVASA composite acts as an inhibitor in the acid environment. The inhibition efficiency increases with an increase in the concentration of the inhibitor. Maximum inhibition efficiency of PVASA composite was found to be 84% at 6000 ppm. Thermodynamic and kinetic parameters have been obtained from temperature studies. Electrochemical measurement reveals that PVASA composite acts as a mixed inhibitor and the adsorption follows Langmuir adsorption isotherm.     

芳腈类缓蚀剂作用机理的量子化学研究

用量子化学半经验计算方法MNDO和CNDO/2程序，研究了芳腈类化合物在钢铁表面抑制腐蚀的机理，提出了该类分子在钢铁表面的吸附方式．     

喹啉型双子季铵盐缓蚀剂的实验及理论分析

以喹啉为母体、 1,4-对二氯苄和顺-1,4-二氯-2-丁烯为联结基, 制备了2种具有疏水结构的水溶性双喹啉季铵盐(BQA-1和BQA-2). 通过失重实验、 电化学测试、 扫描电子显微镜(SEM)及量子化学计算等手段研究了BQA-1和BQA-2对1 mol/L盐酸中Q235钢的缓蚀性能, 并讨论了其在Q235钢表面的吸附机理. 失重结果显示, BQA-1和BQA-2对盐酸中的钢片均具有良好的缓蚀效果, 30 ℃下, 当浓度为0.5 g/L时, BQA-1和BQA-2的缓蚀率均超过94.59%; 升温导致BQA-2的脱附速率比BQA-1更快. 电化学测试结果显示, BQA-1和BQA-2是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂. 分析热力学参数可知, BQA-1和BQA-2在钢表面的吸附为自发、 放热过程, 符合Langmuir等温式, 且以化学吸附为主. 量子化学计算结果表明, BQA-1和BQA-2的吸附活性集中在喹啉环及杂原子上, 且BQA-1和BQA-2分子得电子与Fe作用的能力要强于供电子与Fe作用的能力.     

Hydroquinone Decorated with Alkyne,Quaternary Ammonium,and Hydrophobic Motifs to Mitigate Corrosion of X-60 Mild Steel in 15 wt.% HCl

1-(6-Bromohexyloxy)-4-propargyloxybenzene upon quaternization with 3-dimethylamino-1-propanol and N,N-dimethyldodecylamine produced two new inhibitor molecules: N-[6-(4-Propargyloxyphenoxy)hexyl]-N,N-dimethyl-N-(3-hydroxypropyl)ammonium bromide (PHAB) and N-[6-(4-Propargyloxyphenoxy)hexyl]-N,N-dimethyl-N-dodecylammonium bromide (PDAB), respectively, in excellent yields. The inhibitor molecules were characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, ¹H NMR, and ¹³C NMR spectroscopy. The inhibitors were evaluated for X-60 mild steel corrosion in 15 wt.% HCl using different electrochemical and gravimetric techniques. The potentiodynamic polarization confirms both the inhibitors as mixed-type corrosion inhibitors. A low concentration (15 ppm) of PDAB has demonstrated excellent corrosion inhibition efficiencies of 97%, 98%, and 86% at 25 °C, 50 °C, and 70 °C, respectively, for 24 h exposure time. SEM and EDX spectra reveal that the adsorptions of corrosion inhibitors on X-60 mild steel create a protective film that serves as a barrier to mitigate the corrosion process. The X-ray photoelectron spectroscopy confirmed the chemical interaction between the corrosion inhibitors and mild steel, which was predicted by the Langmuir adsorption model. Assembly of inhibitive motifs of the alkyne, π-electron-rich aromatic, quaternary ammonium and C₁₂ alkyl chain hydrophobe in PDAB has augmented its inhibiting action.