H2S水溶液中的腐蚀与缓蚀作用机理的研究 Ⅴ．咪唑啉衍生物在H2S溶液中的缓蚀作用特征

合成了14种具有不同结构和官能团的咪唑啉衍生物,利用交流阻抗和动电位极化曲线,对其在H2S溶液中的缓蚀作用特征和性能,以及温度的变化对其缓蚀性能的影响进行了研究。结果表明咪唑啉化合物对H2S溶液中低碳钢的腐蚀具有良好的保护性能,这主要依赖于化合物分子与金属表面存在较强的化学作用;按其作用机制的不同,所研究的咪唑啉化合物大体可分为阳极型和阴极型缓蚀剂,且阳极型咪唑缓蚀性能优于阴极型;咪唑环上憎水或亲水支链的长短,或其它官能团的存在（如双键,羟基等）,对化合物的缓蚀性能和作用机制有直接的影响。     

H2S水溶液中的腐蚀与缓蚀作用机理的研究viii咪唑啉衍生物在H2S溶液中的吸附作用行为

依据咪唑啉衍生物在H2S溶液中的腐蚀电化学研究结果,分析探讨了系列咪唑啉化合物在碳钢电极表面的吸附作用规律及可能的吸附状态,并建立了该类化合物可能的吸附模型．结果表明,研究的13种咪唑啉衍生物的吸附均符合Langmuir单分子等温吸附规律,为具有较大表面吸附自由能的化学吸附;这种吸附主要来自分子中不饱和五元环与金属表面的强烈作用．其可能的吸附方式是分子中咪唑啉以近似平行金属表面的取向同金属表面发生相互作用,亲水支链骨架原子的奇偶性对分子的吸附作用方式具有重要影响,而憎水支链对分子的吸附过程贡献较小．     

H2S水溶液中的腐蚀与缓蚀作用机理的研究(Ⅷ)咪唑啉衍生物在H2S溶液中的吸附作用行为

依据咪唑啉衍生物在H2 S溶液中的腐蚀电化学研究结果 ,分析探讨了系列咪唑啉化合物在碳钢电极表面的吸附作用规律及可能的吸附状态 ,并建立了该类化合物可能的吸附模型 .结果表明 ,研究的 13种咪唑啉衍生物的吸附均符合Langmuir单分子等温吸附规律 ,为具有较大表面吸附自由能的化学吸附 ;这种吸附主要来自分子中不饱和五元环与金属表面的强烈作用 .其可能的吸附方式是分子中咪唑环以近似平行金属表面的取向同金属表面发生相互作用 ,亲水支链骨架原子的奇偶性对分子的吸附作用方式具有重要影响 ,而憎水支链对分子的吸附过程贡献较小     

H_2S水溶液中的腐蚀与缓蚀作用机理的研究V.咪唑啉衍生物在H_2S溶液中的缓蚀作用特征

合成了１４种具有不同结构和官能团的咪唑啉衍生物,利用交流阻抗和动电位极化曲线,对其在Ｈ２Ｓ溶液中的缓蚀作用特征和性能,以及温度的变化对其缓蚀性能的影响进行了研究,结果表明咪唑啉化合物对Ｈ２Ｓ溶液中低碳钢的腐蚀具有良好的保护性能,这主要依赖于化合物分子与金属表面存在较强的化学作用;按其作用机制的不同,所研究的咪唑啉化合物大体可分为阳极型和阴极型缓蚀剂,且阳极型咪唑啉缓蚀性能优于阴极型;咪唑环上憎水或亲水支链的长短,或其它官能团的存在(如双键,羟基等),对化合物的缓蚀性能和作用机制有直接的影响．     

H2S水溶液中的腐蚀与缓蚀作用机理的研究咪唑啉衍生物在H2S溶液中的吸附作用行为

依据咪唑啉衍生物在H2S溶液中的腐蚀电化学研究结果,分析探讨了系列咪唑啉化合物在碳钢电极表面的吸附作用规律及可能的吸附状态,并建立了该类化合物可能的吸附模型.结果表明,研究的13种咪唑啉衍生物的吸附均符合Langmuir单分子等温吸附规律,为具有较大表面吸附自由能的化学吸附;这种吸附主要来自分子中不饱和五元环与金属表面的强烈作用.其可能的吸附方式是分子中咪唑环以近似平行金属表面的取向同金属表面发生相互作用,亲水支链骨架原子的奇偶性对分子的吸附作用方式具有重要影响,而憎水支链对分子的吸附过程贡献较小.     

盐酸溶液中烷基咪唑啉对铜的缓蚀行为

采用了电化学阻抗、极化曲线和循环伏安等方法研究了2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉(UHCI)在5%HCl溶液中对铜的缓蚀行为。结果表明,UHCI对铜有明显的缓蚀作用,随着缓蚀剂浓度的增加,其缓蚀率增大,但当缓蚀剂质量浓度达到0.15%后,再增加缓蚀剂浓度,缓蚀效率不再提高;该缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,同时抑制了阴极还原和阳极氧化过程。量子化学计算结果表明,缓蚀剂分子主要通过O(14)提供电子与金属原子成键,在金属表面发生化学吸附。     

一种新型的咪唑啉类缓蚀剂CPA-1对N80钢在CO2环境下的缓蚀性能评价

目的考察一种新型的咪唑啉类缓蚀剂CPA-1对N80钢在CO_2环境下的缓蚀性能。方法通过失重法、电化学阻抗谱和极化曲线,研究了在不同温度下缓蚀率和缓蚀剂浓度之间的关系,利用扫描电子显微镜和扫描电化学显微镜对表面形貌进行了观察分析,根据等温吸附模型研究了咪唑啉缓蚀剂在N80钢表面的吸附类型。结果失重结果表明,缓蚀剂的缓蚀效率随浓度的增大而升高,当温度为40℃、缓蚀剂质量浓度为250 mg/L时,缓蚀率达到95%;温度升高至80℃时,缓蚀率下降至87%。电化学试验表明,咪唑啉类缓蚀剂对阴极和阳极反应均有抑制作用。表面形貌分析表明,缓蚀剂能有效改善金属表面的腐蚀程度。结论咪唑啉类缓蚀剂CPA-1属于混合型缓蚀剂,对N80钢具有较好的缓蚀性能。缓蚀机理为通过吸附方式在金属表面形成一层吸附膜抑制金属腐蚀,吸附方式遵循Langmuir吸附等温模型,物理吸附和化学吸附均会在金属表面发生。     

低碳钢在富含H2S乙醇胺溶液中的腐蚀及缓蚀剂抑制

利用失重、腐蚀电化学方法和表面分析技术研究了碳钢在富含H2S的乙醇胺(MEA)溶液中的腐蚀行为，以及添加缓蚀剂后对其电化学行为的影响．讨论了IMC—C5缓蚀剂对该体系的缓蚀作用机理．结果表明，脱硫系统中吸收了硫化氢的乙醇胺溶液对碳钢的腐蚀十分严重，IMC—C5缓蚀剂能有效控制碳钢在该体系中的腐蚀．其缓蚀作用主要来自于吸附缓蚀剂分子对腐蚀阳极过程的抑制，为阳极吸附型缓蚀剂．     

咪唑啉类化合物在HCl溶液中对碳钢的缓蚀机理分析

目的 研究咪唑啉（IM）及咪唑啉基脲（IU）在盐酸溶液中对碳钢的缓蚀性能。方法 采用静态失重法、电化学测试技术、表面形貌及官能团分析、热力学等温方程等方法,研究缓蚀剂在不同温度的盐酸溶液中对Q235碳钢的缓蚀性能和吸附规律。结果 在静态失重试验中,室温下,随着IM、IU缓蚀剂的加入,碳钢的腐蚀速率从12.54 mg/(cm2?h)分别降低到5.132、0.145 mg/(cm2?h),IM、IU的缓蚀率分别为59.1%和98.9%。随着温度的升高,缓蚀效率略有下降。极化曲线试验表明,增加两种缓蚀剂的浓度,腐蚀电位负移,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的增大,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,两种缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附符合Langmuir等温吸附方程,且根据SEM及XPS分析,证明缓蚀剂分子通过N原子与金属形成共价键,在金属表面吸附成膜。结论 咪唑啉和咪唑啉基脲对碳钢均具有缓蚀效果,且咪唑啉基脲的缓蚀效果更优异。两种缓蚀剂均属于混合型缓蚀剂,且以抑制阴极腐蚀反应速率为主。两种咪唑啉化合物在碳钢表面的吸附过程为自发放热过程,其吸附规律遵循Langmuir吸附等温模型,属于单分子层吸附。     

NaCl溶液中烷基咪唑对铜的缓蚀作用研究

采用电化学方法考察了3％NaCl溶液中2－正十一烷基咪唑对Cu的缓蚀作用，结果表明烷基咪唑对Cu电极的阴，阳极电化学过程均有明显的抑制作用，随着烷基咪唑浓度的增加，分子聚集体的形成，导致烷基咪唑在电极表面吸附程度的降低，其缓蚀能力有所下降。     

丙炔醇改性硫脲基咪唑啉在CO2/H2S共存体系中对X65钢的腐蚀抑制作用

目的 提高硫脲咪唑啉类缓蚀剂在CO2/H2S共存体系中的缓蚀效果,并揭示缓蚀机理.方法 利用丙炔醇对硫脲基咪唑啉(TAI)进行改性得到双炔丙基甲氧基硫脲基咪唑啉(DPFTAI),通过动态失重试验、极化曲线测试、交流阻抗测试分析其腐蚀性能.采用Material Studio 7.0软件模拟计算其分子轨道能量、Fukui指数、表面相互作用力和吸附状态、缓蚀剂分子与侵蚀性离子间的相互作用情况等,验证DPFTAI的缓蚀效果.结果 在不含H2S的条件下,TAI和DPFTAI的缓蚀效率均高于93％,当含有2000 mg/L H2S后,DPFTAI的缓蚀效率仍高达91.96％,且比TAI高出18.22％.模拟计算表明,DPFTAI有3个吸附中心,分别为其咪唑啉环上的2个N原子和DPFTAI分子侧链上的S原子,其与铁表面的相互作用能为29.66 kcal/mol,而TAI只有一个吸附中心,为其分子上的S原子,其与铁表面的相互作用能为22.46 kcal/mol;DPFTAI周围的HS–浓度明显大于TAI周围的HS–浓度.上述结果说明在CO2/H2S腐蚀体系中,DPFTAI在钢材表面的吸附效果明显优于TAI,因此缓蚀效果更好.结论 通过丙炔醇对TAI进行改性后,缓蚀剂DPFTAI抗CO2/H2S的腐蚀性能明显提高.吸附能力的提升是DPFTAI腐蚀抑制性能提高的主要原因.     

咪唑啉与硫脲在CO2腐蚀体系中的缓蚀协同作用机理

采用极化曲线和电化学阻抗技术(EIS)研究了油酸基咪唑啉季铵盐(OIMQ)与硫脲(TU)对Q235碳钢在CO2饱和盐水溶液中的缓蚀协同效应。结果表明,TU对碳钢腐蚀的阴极过程和阳极过程都有强烈的抑制作用,而OIMQ是一种以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂。二者复配使用,可以有效降低使用浓度,表现出优异的缓蚀协同效应。OIMQ与TU在碳钢表面形成了一层双层结构的缓蚀剂吸附膜,TU可能主要存在于膜的底部,而OIMQ主要存在于膜的顶部,这种结构的缓蚀剂膜一方面阻止了腐蚀性离子的渗透,另一方面也限制了TU分子的脱附。     

咪唑啉类衍生物缓蚀性能研究

采用失重法、电化学极化法、电化学阻抗谱及表面分析来评价咪唑啉类缓蚀剂浓度、温度对缓蚀剂缓蚀效果影响的关联性,并分析了不同取代基对咪唑啉类缓蚀剂缓蚀性能的影响。结果表明,十六烷基咪唑啉对阴、阳极过程都有较好的抑制作用,尤其对阳极过程更加有效。浓度和温度对缓蚀剂缓蚀性能的影响是相互关联的。温度较低(25℃)或较高(60℃)时,缓蚀剂只有达到一定浓度才能获得较高的缓蚀率;当温度处于40～50℃时,较低浓度的缓蚀剂就能达到良好的缓蚀效果,且浓度继续增加,缓蚀率变化不大。取代基结构影响了缓蚀剂对腐蚀介质的阻碍程度。     

一种含CO_2油井用缓蚀剂的作用机理研究

通过进行J55钢在含CO_2油井模拟工况环境中的腐蚀速率测试,辅以极化曲线、交流阻抗等原位电化学测试技术,研究了一种咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀效果及缓蚀作用机理。结果表明:该缓蚀剂具有优良的缓蚀作用,当缓蚀剂添加浓度为100 mg/L时,J55钢的平均腐蚀速率仅为0.0225 mm/a。该缓蚀剂是阳极型缓蚀剂,在一定范围内随着缓蚀剂浓度的增加,表层膜覆盖率增加,腐蚀抑制性增强。随着浸泡时间的延长,缓蚀剂分子在基体表面形成良好的吸附膜,在浸泡的48 h内,缓蚀率一直维持在97.80%左右,说明此缓蚀剂有较好的持续缓蚀效果。     

二氧化碳腐蚀缓蚀剂及其缓蚀机理的研究进展

首先分别论述了单组分缓蚀剂和复配型缓蚀剂的缓蚀机理,即不同类型的缓蚀剂在金属表面所具有的不同吸附过程。单组分缓蚀剂中特殊的分子基团在金属表面通过物理吸附、化学吸附或混合吸附过程起到缓蚀作用,复配型缓蚀剂在金属表面通过各组分间协同吸附或竞争吸附过程起到缓蚀作用,并指出了缓蚀机理的研究所存在的问题。然后,主要综述了近几年来国内外对用于二氧化碳腐蚀缓蚀剂的研究进展,包括咪唑啉衍生物、表面活性剂、季铵盐、有机胺和复配型缓蚀剂,结合缓蚀剂的分子结构和缓蚀效率等对其进行了阐述。介绍了几种用于二氧化碳腐蚀的新型缓蚀剂,如多活性位点有机化合物、硫醇、席夫碱和聚合物等。最后针对二氧化碳腐蚀环境的复杂性,对未来缓蚀剂及其缓蚀机理的研究方向进行了展望。     

咪唑啉衍生物缓蚀剂的研究

叙述了咪唑啉衍生物药剂的合成过程，对单一、复合咪唑啉衍生物药剂的缓蚀、阻垢性能进行了试验，与其它缓蚀剂作性能对比试验。合成的咪唑啉衍生物缓蚀剂将用于解决吉林油田污水腐蚀问题，讨论了该缓蚀剂在试验水中的作用机理。     

咪唑啉缓蚀剂在CO_2/H_2S共存体系中的构效关系研究

合成了4种具有不同亲水基的油酸基咪唑啉衍生物。使用接触角测试、原子力力曲线、动态失重实验和分子动力学模拟研究了它们在20#碳钢表面的亲水和疏水性以及在CO2/H2S共存环境中不同流速下对20#碳钢的缓蚀行为。结果表明:静态条件下,侧链含有两个胺基乙撑的咪唑啉的缓蚀效果最好,在缓蚀剂浓度为100 mg/L时,缓蚀率达86.8%;流速为5.5 m/s时,侧链含有3个胺基乙撑的咪唑啉的缓蚀效果最好,在缓蚀剂浓度为100 mg/L时,缓蚀率达73.6%;咪唑啉缓蚀剂的疏水性、粘附力和吸附能均随胺基乙撑数的增多而逐渐增强。     

H2S水溶液中的腐蚀与缓蚀作用机理的研究——Ⅵ. H2S溶液中咪唑啉衍生物分子结构与其缓蚀性能的关系

利用交流阻抗、极化曲线和腐蚀失重法，在H2S溶液中研究了咪唑啉分子结构的变化与其缓蚀性能间关系。结果表明：位于中心咪唑环1，2位置上憎水和亲水支链长短结构的变化，极性官能团的存在对其缓蚀性能均具有较大的影响。当憎水支链碳原子为7和17时，化合物具有较好的缓蚀性能；憎水支链中双键的存在，可有效提高化合物的缓蚀性能，而羟基基团的引入，对其缓蚀性能却没有明显的改进。当亲水支链中含有两个氨基乙撑基团时，化合物缓蚀效果最好，硫脲基团的存在，也可有效提高咪唑啉化合物的缓蚀性能。唑咪环本身化学性质的改变，虽可改善其缓蚀性能，但因其水溶性较差不易用作缓蚀剂。     

油酸基咪唑啉缓蚀剂的合成与缓蚀性能

以油酸和二乙烯三胺为主要原料,合成了一种咪唑啉缓蚀剂。采用傅立叶红外变换光谱仪（FTIR）测量产品的红外光谱,分析官能团,推断分子结构;采用失重法、Tafel曲线外延法、电化学阻抗技术等对合成的缓蚀剂在模拟气田水环境中的缓蚀性能及缓蚀机理进行了研究。结果表明,合成缓蚀剂的红外光谱中含有较强的咪唑啉特征吸收峰,其氮原子上存在孤对电子,可与金属原子配位结合形成牢固的化学吸附层。缓蚀剂对Q235试样在模拟气田水环境中具有较强的缓蚀作用,当浓度仅为100mg·L^-1时缓蚀率即可达到85%左右,并随缓蚀剂浓度增大而增大。缓蚀剂分子在金属表面吸附并成膜,阻止侵蚀性的离子在金属表面吸附和氧原子的扩散,从而起到保护金属的作用,缓蚀剂为阳极型缓蚀剂。     

不同碳链长度咪唑啉缓蚀剂在CO2驱采油环境中的腐蚀防护作用

目的 合成制备适用于CO2驱油环境中井筒材料的腐蚀防护的咪唑啉缓蚀剂,探究碳链长度对咪唑啉缓蚀剂腐蚀防护性能的影响机制。方法 以辛酸、月桂酸、硬脂酸和二乙烯三胺等为原料,经酰胺化和环化后制备得到3种碳链长度(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂。通过傅里叶变换红外光谱、量子化学计算、失重法、电化学方法以及表面观察技术,对合成缓蚀剂在CO2驱油环境中对井筒材料的腐蚀防护性能进行了评价。结果 红外测试观察到3种链长(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂的特征吸收峰,表明3种链长咪唑啉缓蚀剂成功制备。量子化学计算表明,合成的C17咪唑啉缓蚀剂具有最优的供电子能力和最佳的疏水能力。腐蚀失重和电化学测试结果显示,所合成的3种不同碳链长度的咪唑啉缓蚀剂均对CO2驱腐蚀环境中N80钢具有良好的腐蚀防护作用,随着缓蚀剂浓度的提升,其缓蚀效率逐渐增高。其中含有17个碳链的咪唑啉缓蚀剂(C17)在10 mg/L时缓蚀效率达到了90%以上。拉曼光谱观察到N80钢表面C=N和C—N的吸收峰,表明合成的3种缓蚀剂在N80表面上吸附。SEM结果发现,添加C17咪唑啉的N80表面腐蚀最为轻微,其腐蚀防护效果最优。结论 合成的C17碳链的咪唑啉缓蚀剂具有优异的腐蚀防护效果,随着碳链长度的增加,碳链的推电子能力增强,使得咪唑啉缓蚀剂更容易在N80钢表面吸附,同时长碳链形成的缓蚀剂膜层也具有更好的疏水作用,导致咪唑啉中缓蚀剂越长其缓蚀效果越好。