K2L-SAMs对碳钢在饱和CO2油田水中的缓蚀行为与量子化学研究

利用邻氧乙酸苯甲醛缩对氨基苯磺酸钾盐席夫碱(K2L)缓蚀剂在20#碳钢表面制备自组装单分子膜(SAMs),并通过电化学方法研究缓蚀剂自组装膜的最佳组装时间;采用电化学测试技术和表面分析技术研究K2L-SAMs对碳钢在饱和CO2油田水介质中的缓蚀行为;采用密度泛函理论分析缓蚀剂分子的前线轨道、Mulliken电荷和分子静电势。结果表明:缓蚀剂在碳钢表面自组装3 h后,可以形成稳定、致密的缓蚀膜;在碳钢表面形成的K2L-SAMs能有效抑制碳钢的阴极还原过程,最高缓蚀效率达87.55%;K2L的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理为典型的化学吸附。量子化学计算结果表明:羧基是K2L分子的主要吸附活性区域,能与碳钢表面铁原子作用形成稳定的配位键。     

席夫碱基咪唑啉化合物对A3钢在盐酸介质中缓蚀性能研究

合成了BIA、BIOHA、BIMHA和BIMMA 4种席夫碱基咪唑啉化合物.用失重法和电化学方法研究了4种席夫碱基咪唑啉化合物对A3钢在盐酸介质中的缓蚀性能和吸附行为.结果表明,在1 mol/L HCl介质中4种化合物对A3钢均有缓蚀作用,它们的缓蚀能力大小为:BIA＞BIMMA＞BIOHA＞BIMHA.4种化合物均属于混合型缓蚀剂,但对阳极的缓蚀作用略大.4种化合物在A3钢表面上的吸附过程为放热过程,其吸附行为服从Langmuir吸附等温式,属于物理吸附.     

自组装席夫碱缓蚀膜在油田水中对碳钢的缓蚀行为

碳钢表面自组装邻氧乙酸苯甲醛缩间氨基苯甲酸二钾席夫碱(K_2L2)缓蚀膜。采用极化曲线、电化学阻抗谱和扫描电镜研究了自组装缓蚀膜在模拟实际工作环境中对碳钢的缓蚀性能。结果表明:矿化度、温度、pH、流动状态和H_2S含量对自组装缓蚀膜在CO_2饱和油田水中的缓蚀性能具有一定的影响,但仍有较高的缓蚀率,当油田水中H_2S质量分数为200mg/L时,缓蚀率达到80.0%。     

吸电子基团对5-羟色胺衍生物缓蚀性能的增效机理

目的 减缓碳钢在盐酸(HCl)溶液中的腐蚀,揭示吸电子基团(羧基)增效5-羟色胺缓蚀性能的机理。方法 采用动态质量损失、动电位极化曲线与电化学阻抗谱(EIS)考察1mol/L盐酸(HCl)溶液中5-羟色胺(5-HT)与5-羟色氨酸(5-HTP)对20#钢的缓蚀性能。通过吸附等温拟合,明确两种物质在碳钢表面的吸附行为本质。借助形貌观察,验证5-HT与5-HTP对碳钢的缓蚀性能。基于密度泛函理论(DFT),计算并比较两种物质的差分电荷密度。结果 5-HT与5-HTP均可有效减缓20#钢在1mol/L HCl溶液中的腐蚀速率,缓蚀率与添加浓度和环境温度密切相关。298K下添加1mmol/L 5-HT与5-HTP时,缓蚀率分别达到92.19%与95.76%。极化曲线结果显示,向腐蚀介质中加入两种物质后,腐蚀电流密度均降低。EIS结果表明,添加5-HT与5-HTP后,界面电荷转移电阻得到提升。两种物质在碳钢表面的吸附符合Langmuir等温吸附模型。对比动力学与阻抗参数发现,HCl溶液中,5-HTP对20#钢的缓蚀性能优于5-HT。DFT计算结果显示,5-HT质子化位点呈缺电子状态,而质子化5-HTP的电子密度均匀分布于整个分子骨架。结论 羧基的吸电子效应可促进5-HTP分子中富电子区域将盈余电荷流入质子化位点,从而使电子密度均匀分布于分子骨架。均匀的电子密度分布有利于5-HTP以平行构型吸附于碳钢表面,最大限度覆盖活性位点,并高效缓蚀。     

酸性介质中氮杂环类缓蚀剂在碳钢上的吸附行为

合成了一种新型含氮杂环有机物:2-(4-叔丁基-苯甲基硫)-5-(1,2,4-三氮唑)-甲基-(1,3,4-噁二唑)(TBTO),通过交流阻抗、动电位极化、失重实验研究了其在酸性介质中的缓蚀效率,并用扫描电镜方法分析了碳钢表面的腐蚀形貌变化.结果表明:TBTO在0.5mol/L H2SO4中对Q235钢的缓蚀作用高达96.2%,能同时抑制碳钢腐蚀的阴、阳极反应过程;化合物在碳钢表面上的吸附行为服从Langmuir吸附等温式.同时用量子化学中的从头算方法对缓蚀剂的分子结构与缓蚀性能的关系进行了研究.     

稀土离子和香兰素在H_2SO_4溶液中对冷轧钢的缓蚀协同效应

用失重法研究了四种稀土离子(La3+,Ce3+,Ce4+,Nd3+)和香兰素(4-羟基-3-甲氧基-苯甲醛)在1.0 mol/LH2SO4介质中对冷轧钢的缓蚀协同效应。结果表明,香兰素对冷轧钢有中等程度的缓蚀作用,缓蚀率随其浓度的增加而增大;四种稀土离子对冷轧钢的缓蚀作用均较差,最大缓蚀率仅为20%左右。香兰素和稀土Ce4+复配后对冷轧钢产生了明显的缓蚀协同效应,最大缓蚀率可达95%左右;而与La3+,Ce3+和Nd3+复配后均无缓蚀协同效应。     

季鏻盐型缓蚀剂对SRB诱导碳钢腐蚀过程的缓蚀与杀菌作用

采用最大可能计数法对两种季盐型缓蚀剂BHP 1及BHP 2的杀菌效果进行了评价。结果发现 ,BHP 1具有良好的杀菌性能 ,且最佳杀菌浓度为 6 0× 10 -6g/L ,两者的杀菌效果均优于广泛使用的新洁尔灭。采用电化学方法、腐蚀失重实验及表面分析法研究了 4 5 # 碳钢在含硫酸盐还原菌 (SRB)的厌氧体系中的腐蚀行为。结果表明 :SRB能加速 4 5 # 碳钢的点蚀破坏。两种季盐能有效控制SRB溶液对 4 5 # 碳钢的腐蚀破坏 ,使点蚀电位正移 ,对SRB溶液中的 4 5 # 碳钢具有良好的缓蚀作用 ,缓蚀效果为BHP 1>BHP 2     

3,5-二溴水杨醛-2-噻吩甲酰肼席夫碱缓蚀剂在油田水中对碳钢的缓蚀性能及分子动力学模拟

合成了一种新的席夫碱缓蚀剂3,5-二溴水杨醛-2-噻吩甲酰肼(L2),通过Tefel极化曲线、电化学阻抗、扫描电镜和分子动力学模拟方法研究了该缓蚀剂在模拟油田水中对碳钢的缓蚀效果,并探讨了其缓蚀机理和吸附行为。结果表明,L2在不同温度、H2S浓度、pH值和Cl-浓度条件下的模拟油田水中对碳钢均具有良好的缓蚀性能。分子动力学模拟结果表明,在水溶液中缓蚀剂L2分子可以稳定地平行吸附在金属表面,有效地将金属表面和水分子隔开,从而起到缓蚀作用,吸附方式为多位点化学吸附;同时L2形成的分子吸附膜可有效地抑制腐蚀离子(Cl-和H3O+)在吸附膜中的扩散,避免了金属表面与腐蚀介质接触而发生腐蚀,从而表现出良好的缓蚀性能。     

苯乙腈类化合物的缓蚀性能研究

采用失重法测定腐蚀速率,研究苯乙腈类化合物在不同温度下对20~#碳钢在5%盐酸中的缓蚀作用机机理,探讨在苯乙腈分子中对位引入不同官能团及在α-位引入异丙基对缓蚀性能的影响。根据缓蚀率和温度的关系及对碳钢在盐酸中的溶解动力学分析推测,苯乙腈类化合物的缓蚀机理是化学吸附作用。在对位引入具有推电子作用官能团可提高其缓蚀能力,引入吸电子的官能团则减弱缓蚀作用。α-位异丙基的作用,则视对位基团的情况而异。     

磷酸酯基咪唑啉化合物的合成及其在HCl水溶液中的腐蚀抑制机理

目的通过三乙烯四胺和苯甲酸合成IMBT,再利用IMBT、H3PO3和甲醛经过曼尼希反应制得IMBTM,并探究其对碳钢在HCl水溶液中的缓蚀作用。方法采用动态失重法、电化学技术以及热力学等方法研究缓蚀剂IMBT和IMBTM在60℃、1 mol/L的盐酸溶液中对10#碳钢的缓蚀性能和吸附规律。结果利用IR对产物进行表征,均得到了产物特征峰。在动态失重试验中,IMBT和IMBTM两种缓蚀剂的质量浓度为3 g/L时,碳钢的腐蚀速率分别为3.92、2.94 g/(m2·h),缓蚀剂的缓蚀率分别为79.65%和84.75%。极化曲线试验表明随着两种缓蚀剂浓度增加,腐蚀电位正移,阳极电流密度下降明显。交流阻抗的测试显示随着两种缓蚀剂浓度增大,容抗弧半径逐渐增大,且在相同浓度下,添加IMBTM时的容抗弧半径更大。另外,随着缓蚀剂浓度的增加,拟合参数Rct增大、Cdl减小,证明缓蚀剂在金属表面取代了水,并吸附成膜。研究等温吸附模型,发现数据带入Langmuir等温吸附方程后,表现出了很好的线性关系。结论在1 mol/L HCl溶液中,IMBT和IMBTM对10#碳钢均有缓蚀作用,且IMBTM的缓蚀作用较高。两种缓蚀剂均属于阳极型缓蚀剂,对阳极的缓蚀作用较高。且两种化合物在10#碳钢表面上的吸附过程为自发放热过程,其吸附规律遵循Langmuir等温吸附式,属于单分子层吸附。     

两种曼尼希碱缓蚀剂的缓蚀性能

采用甲醛/苯甲醛、苯乙酮和水合肼为原料分别合成了AJ和BJ两种曼尼希碱缓蚀剂。通过静态挂片失重法、电化学测试法等方法研究了在15%HCl(质量分数)溶液中,这两种缓蚀剂对N80钢的缓蚀性能。结果表明:在15%的HCl溶液中,AJ和BJ缓蚀剂对N80钢具有良好的缓蚀作用,且BJ缓蚀剂的缓蚀效果要优于AJ缓蚀剂的;两种缓蚀剂均为阳极型缓蚀剂,都能自发吸附在N80钢表面,其行为均符合Langmuir吸附等温式。     

曼尼希碱的缓蚀行为研究

合成了7种纯的曼尼希碱,用失重法、极化电阻法、极化曲线法研究其在HCl溶液中对20#碳钢的缓蚀行为及分子结构对缓蚀作用的影响.结果表明曼尼希碱的缓蚀效率与分子结构有较大关系,其中PAP的缓蚀效果最好     

碳量子点缓蚀剂的缓蚀行为与机理研究

目的 探究碳量子点对不同金属在不同工况下的缓蚀性能,分析其在溶液中的作用方式,并提出对金属的缓蚀机理模型,阐释其与传统缓蚀剂分子作用机制的差异。方法 采用水热法制备碳量子点,使用质量损失挂片、电化学测试及表面分析手段,研究碳量子点对碳钢和铝合金分别在饱和CO2盐溶液和盐酸溶液中的缓蚀性能。结果 碳量子点对碳钢和铝合金的腐蚀具有明显的抑制作用,质量损失测试证实,当添加质量浓度分别为50 mg/L和5 mg/L时,缓蚀效率可对应达到93%和86%。另外,阳极极化曲线段均出现明显的脱附电位,证实碳量子点在电极表面存在明显的吸附过程。微观形貌表征揭示碳量子点在金属界面形成了厚度超过100 nm的纳米结构保护膜,从而提升了表面疏水性能。不同时间下的电化学阻抗谱测试和荧光显微观察结果表明,其在溶液中的缓蚀作用达到稳定所需时间明显长于传统的缓蚀剂,约为3 h。结论 碳量子点是一种缓蚀性能优异的纳米材料缓蚀剂,独特的组成结构使其能在金属表面吸附或鳌合成膜,特殊的荧光性质为其吸附过程的原位表征提供来了新思路。     

3-氨基-1,2,4-三氮唑及3-氨基-1,2,4-三氮唑并芳香醛类希夫碱自组装膜对碳钢在0.5mol/L盐酸中的缓蚀性能研究

目的通过自组装技术在碳钢表面得到3-氨基-1,2,4-三氮唑及3种3-氨基-1,2,4-三氮唑并芳香醛类希夫碱的三种自组装膜,提高碳钢在0.5 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能。方法采用电化学方法如电化学阻抗谱、tafel极化曲线等研究席夫碱类自组装膜在盐酸中的电化学参数,如阻抗变化、腐蚀电位、腐蚀电流。采用XPS方法对自组装膜的成分进行表征。结果计算自组装膜在盐酸溶液中的最高缓蚀效率达到92.72%,XPS测试表明自组装分子与金属原子以化学键的方式结合。结论 3-氨基-1,2,4-三氮唑及3种3-氨基-1,2,4-三氮唑并芳香醛类希夫碱自组装膜均对碳钢在盐酸中有良好的缓蚀性能,缓蚀效率的大小与分子结构有关,分子中的O、N杂原子、卤素基团、三唑环及苯环等有利于自组装膜的形成。     

SO2-4 ,PO3 4- 对曼尼希碱酸化缓蚀剂缓蚀性能的影响

目的：研究废酸液中介质离子对曼尼希碱酸化缓蚀剂缓蚀性能的影响,以解决碳钢在酸液中的腐蚀问题。方法采用静态失重法、极化曲线、扫描电镜及能谱分析法,研究SO2-4,PO3-4对曼尼希碱型酸化缓蚀剂缓蚀性能的影响,并探究其作用机理。结果在10%(质量分数)盐酸、0.1%(质量分数)曼尼希碱的缓蚀介质中,随SO2-4质量分数的增大,腐蚀电流密度由2.81μA/cm2增加至7.32μA/cm2,腐蚀速率显著增大,缓蚀效果变弱;随PO3-4质量分数的增加,腐蚀电流密度由2.81μA/cm2减小至2.41μA/cm2,腐蚀速率减小,缓蚀效果变强。结论 SO2-4会通过钢铁表面已经形成的吸附膜上的细孔和缺陷渗入膜内,使膜发生开裂,从而侵蚀和破坏已经形成的吸附膜,抑制缓蚀剂的缓蚀效果;PO3-4与腐蚀产物Fe3+络合并在钢材表面形成一层致密的保护层,使缓蚀剂形成的吸附膜更加致密,阻止腐蚀性介质与金属表面接触,同时增加对离子或溶解氧的扩散阻力,提高缓蚀剂的缓蚀效果。     

盐酸介质中N,N′-二（二苯基膦基）-1-苯乙胺对碳钢的缓蚀性能研究

目的对N,N'-二(二苯基膦基)-1-苯乙胺(NPM)的合成、结构表征及其在盐酸介质中对碳钢的缓蚀性能进行研究。方法用红外光谱、元素分析和熔点测试等方法对NPM的结构进行表征,采用静态失重法、动电位极化曲线法和电化学阻抗法研究NPM在盐酸介质中对碳钢的缓蚀作用,研究腐蚀体系温度、HCl浓度、NPM浓度和腐蚀体系静置时间对NPM缓蚀率的影响,探讨NPM在碳钢表面上的吸附机理。结果动电位极化曲线法研究结果表明NPM是一种混合型缓蚀剂。NPM的缓蚀率随NPM浓度的增加而增大,当NPM的质量浓度为140 mg/L时,NPM在25℃的1.0 mol/L HCl溶液中的缓蚀率达到94.71%;NPM的缓蚀率随腐蚀体系温度的升高而降低,随HCl浓度的增大而减小,但随腐蚀体系静置时间的延长缓蚀率逐渐增大。NPM在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温方程式,属于自发进行的物理和化学吸附。结论所合成的化合物NPM是一种高效的混合型有机缓蚀剂。     

金属材料在模拟地热水环境中的腐蚀与结垢特性

目的地热水的腐蚀和结垢是地热资源开发利用的核心问题,研究几种常见金属材料在地热水中的腐蚀和结垢规律,为地热资源开发利用提供理论依据。方法通过扫描电子显微镜,X射线衍射仪、动态挂片试验、极化和交流阻抗测试等方法,对比研究紫铜、304不锈钢和20#碳钢在模拟地热水溶液中的腐蚀和结垢情况。结果 3种金属材料表面的结垢产物均为Ca CO3,20#碳钢表面的Ca CO3均为方解石相,304不锈钢和紫铜表面的Ca CO3包含方解石相和少量文石相,304不锈钢表面的Ca CO3分布较紫铜疏松,且含垢量较小。20#碳钢表面腐蚀产物的内层主要是黑色的Fe3O4,外层主要是黄色的Fe2O3;紫铜表面的腐蚀产物主要是铜的氧化物;304不锈钢表面无腐蚀产物。浸泡期间,304不锈钢未发生腐蚀且腐蚀电流密度最小;紫铜的整体耐蚀性能不及304不锈钢,但耐点蚀性能最佳;20#碳钢腐蚀严重,腐蚀电流密度较大。结论在模拟地热水溶液中,304不锈钢拥有比紫铜和20#碳钢更好的耐腐蚀性能和阻垢性能。     

胡萝卜茎叶提取物对碳钢在0.5 mol/L H2SO4溶液中的缓蚀作用

目的研究胡萝卜茎叶提取物(DCSLE)在硫酸介质中对碳钢的腐蚀抑制作用及机理。方法通过超声辅助的手段,用水浸提获得DCSLE,利用红外光谱(FTIR)对其含有的主要官能团进行表征。在25~40℃下,采用失重法、电化学极化和阻抗法(EIS)评价DCSLE在0.5 mol/L H2SO4溶液中对碳钢的缓蚀性能,并讨论了其缓蚀机理。结果DCSLE对碳钢在0.5mol/LH2SO4溶液中的腐蚀具有良好的抑制效果,其缓蚀效率随浓度的增加而增加,随温度的增加而先增加后降低(40℃<25℃<30℃<35℃),35℃下,质量浓度为0.6g/L时,缓蚀效率为92.85%。电化学测试表明,DCSLE是混合型缓蚀剂,但主要是抑制阴极的反应。其缓蚀机理是:DCSLE以物理和化学混合吸附的方式吸附在碳钢表面,形成一层保护膜,从而阻止酸溶液的侵蚀,且吸附遵循Langmuir吸附等温模型。扫描电镜(SEM)观察到加入DCSLE后,碳钢的腐蚀得到了明显控制。结论DCSLE可以有效抑制碳钢在0.5mol/LH2SO4溶液介质中的腐蚀,是一种具有广泛应用前景的天然绿色缓蚀剂。     

新型巯基三唑化合物对HCl介质中碳钢的缓蚀作用研究

合成了两种新型巯基三唑化合物，分别采用腐蚀失重法、动电位扫描极化曲线和交流阻抗法研究了其在1．0mol／L HCl介质中对Q235钢的缓蚀作用，分析了缓蚀作用机理．结果表明：对碳钢在1．0mol／L HCl溶液中，合成的巯基三唑化合物是性能优异的缓蚀剂．     

Corrosion inhibition efficiency and surface activity of benzothiazol-3-ium cationic Schiff base derivatives in hydrochloric acid

Two series of cationic Schiff base surfactants namely: 2-(benzylideneamino)-3-(2-oxo-2-alkoxyethyl)-1,3-benzothiazol-3-ium bromide and 2-[(4-methoxybenzylidene)amino]-3-(2-oxo-2-alkoxyethyl)-1,3-benzothiazol-3-ium bromide were prepared and confirmed using elemental analysis, FTIR, and ¹H NMR spectra. The surface activity of the synthesized Schiff bases showed their tendency towards adsorption at the interfaces. The prepared compounds were evaluated as corrosion inhibitors for carbon steel in 0.5 M HCl solution using gravimetric and polarization measurements. By fitting the gravimetric data, some thermodynamic and kinetic parameters were estimated. The adsorption of the inhibitors on the carbon steel surface obeyed Langmuir adsorption isotherm and had a physical mechanism. Polarization measurements showed that the synthesized inhibitors act as mixed inhibitors for carbon steel in the acidic media. The results of the corrosion inhibition using two different methods showed narrow differences in the obtained values between the two methods within 5%.