巯基三氮唑在天然气输送管道减阻性能的研究

合成了一种新型天然气减阻剂3-烷基-4-胺基-5-巯基-1,2,4-三氮唑(AAMT),在天然气减阻剂室内评价系统上进行了减阻率测试,通过电化学分析及扫描电子显微镜对其在钢铁表面的成膜性能进行研究。结果表明:AAMT能够牢固吸附在输气管道内表面上形成一层光滑的弹性分子膜,显著改善了输气管道内表面的粗糙度。在AAMT浓度为4g/L、成膜时间为1.5h时,测得最大减阻率为10.03%。     

咪唑啉缓蚀剂的研究与应用进展

概述了近几年来国内外咪唑啉缓蚀剂的研究成果，着重介绍了咪唑啉缓蚀剂的合成及实验室评价咪唑啉缓蚀剂缓蚀效率的方法和实验设备，对咪唑啉缓蚀剂的缓蚀机理及其在石油、天然气工业中的应用和研究进展进行了叙述。     

饱和CO_2油田水中咪唑啉季铵盐在N80钢表面的吸附与其缓蚀性能关系

为了探讨在含饱和CO2油田水中咪唑啉季铵盐在N80钢表面的吸附与其缓蚀性能的关系,以苯甲酸、二乙烯三胺和氯乙酸钠为原料,合成一种咪唑啉季铵盐缓蚀剂。采用红外光谱对合成物结构进行了表征,采用静态失重法、电化学法和形貌观察法研究了其在含饱和CO2模拟油田水中对N80钢的缓蚀性能及吸附行为。结果表明:在模拟油田水中,咪唑啉季铵盐浓度、温度、时间对N80钢缓蚀性能影响显著;咪唑啉季铵盐能在金属表面形成牢固的单分子吸附膜,阻碍腐蚀介质与金属接触;该缓蚀剂属于混合型缓蚀剂,低浓度以阴极控制为主,高浓度以阳极控制为主;该缓蚀剂主要通过在金属表面吸附成膜,改变金属的界面状态而起缓蚀作用,且随着其浓度的提高,缓蚀性能增强。     

咪唑啉在高温碱性环境中对碳钢的成膜机理研究

合成了一种新型咪唑啉类缓蚀剂OM－2，探讨了OM－2在高温碱性条件下对碳钢的成膜机理。用DTA研究了OM－2的热分解温度。用IR和XPS等方法研究了高温试验后产物的结构变化以及成膜试片表面的元素组成。试验结果表明，高温条件下，咪唑啉发生开环反应，生成了酰胺类物质。OM－2是一种成膜型缓蚀剂，通过五元环上的氮原子与试片表面的铁发生化学反应而形成致密的膜。     

铁、不锈钢表面自组装膜的表征及其电化学研究

自组装膜(SAMs)是分子在溶液(或气态)中自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上而形成的有序分子膜.由于其堆积紧密、结构稳定,因而具有抑止腐蚀的作用.铁在空气中易氧化,表面均有一层氧化铁,且很难处理,因此关于铁和不锈钢金属表面自组装膜的报道较少.在铁金属表面上组装膜主要集中在烷基硫醇体系,由于烷基硫醇的毒性以及自组装膜的不稳定性,如何寻找新型缓蚀剂在铁表面组装受到广泛的关注.通过研究发现咪唑啉衍生物和巯基三氮唑是一种低毒、高效的金属缓蚀剂,对抑制铁在酸性溶液中的腐蚀尤其有效.采用各种表面分析测试手段与理论化学方法,如分子模拟,研究缓蚀剂在金属表面形成自组装膜的作用机理,也是今后发展的一个方向.本文中合成了两种咪唑啉衍生物(IM)及巯基三氮唑缓蚀剂并表征,并测定其在电极表面组装后铁的电化学腐蚀行为及缓蚀效率.同时采用表面分析的方法如扫描电化学显微镜(SECM)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)对金属表面进行了分析,并用分子模拟的方法对可能的吸附形态进行了理论分析,以分子力学为基本方法,主要研究了铁表面自组装体系,探讨了分子层次的吸附构象以及吸附的稳定性,探讨了其缓蚀机理.(1)咪唑啉在铁表面的自组装膜的研究咪唑啉类缓蚀剂是对环境友好的性能优良的缓蚀剂.因其结构的特殊性,含五元杂环、长的烷基链及功能基团的胺基,其中咪唑啉环上的氮易与铁配位,且p-π共轭体系的咪唑啉以及环上引入供电子基团,能增强氮与铁的化学吸附作用.本文用硬脂酸或松香酸与二乙烯三胺减压下加热脱水制得咪唑啉(IM)咪唑啉衍生物.对两种(IM)在铁表面的组装性能进行比较,用电化学的方法对(IM)在铁表面上的自组装进行研究,主要运用电化学阻抗谱和极化曲线的方法测定缓蚀效率.用表面分析的方法如XPS、SEM等对自组装前后表面的组成腐蚀形貌进到了相应的比较,得出IM在铁表面形成了稳定、均匀的SAMs.电化学阻抗测谱测试结果表明,咪唑啉化合物在酸性溶液中对铁具有良好的缓蚀能力.阻抗谱图均表现为较好的单一容抗弧,用等效电路拟合计算的缓蚀效率与极化曲线法测试所得结果基本一致.其实验结论为:电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明咪唑啉缓蚀剂自组装膜对铁有较高的缓蚀作用;XPS的结果表明,咪唑啉分子吸附在金属铁的表面形成SAMs.分子模拟的方法预测了IM在铁表面的吸附形态,表明N原子吸附在铁的表面.分子模拟的方法可预测SAMs的吸附构型.SECM给出了SAMs在基底表面的高分辨率的形貌图,根据靠探针感应到的电流大小可定量的表征自组装膜.采用的恒高度模式,针尖Z方向的位置不受反馈控制,X和Y轴的扫描范围是1mm.其工作模式是基底产生/探头收集,以研究发生在探头针尖与基底间隙的化学动力学过程并对表面浓度进行检测.组装IM后对铁基底的溶解有抑制作用,阻碍了电荷转移过程;从线扫描的曲线及面扫描的三维图中可看出组装之后的铁电极比空白的铁电极表面的探头电流更趋向于平和,没有空白铁电极那么大的电流起伏.在铁电极表面形成的SAMs膜对电极在溶液中发生的氧化还原反应起阻碍作用.松香基咪唑啉形成的SAMs膜与硬脂酸咪唑啉形成的SAMs相比,SECM检测的探头法拉第电流更小,表明松香基咪唑啉的SAMs膜对铁有更好的保护作用,抑制了电荷的转移.SECM的结果与电化学交流阻抗谱和极化曲线的实验结果相一致.(2)巯基三氮唑在铁上自组装膜的表征有目的地设计合成了三氮唑类化合物并对其缓蚀性能进行了较系统的研究.巯基三氮唑及其衍生物由于分子中含有多个杂原子(N,S),能提供孤对电子,进入铁原子空的轨道,产生多个吸附中心,通过配位键化学吸附到金属的表面上而形成SAMs.通过对长烷基巯基三氮唑(AAMT)在铁上的SAMs的研究表明AAMT是一种混合型缓蚀剂,且随着组装时间(15min～4h)的延长,缓蚀效率增加.电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明,三氮唑缓蚀剂自组装膜对铁有较高的缓蚀效率,且二者的实验结果相一致;XPS的结果表明,三氮唑分子吸附在铁的表面形成SAMs;从SEM的分析得出,在金属铁的表面形成了一层自组装吸附膜,且SAMs膜对铁在硫酸中的腐蚀起到了保护作用,组装前后铁的腐蚀形貌发生了明显的变化.分子模拟的结果表明,咪唑啉分子中的N原子、S原子与铁成键,且五元杂环平铺在金属铁的表面,而长的烷基支链却发生倾斜,疏水基长烷基的存在增加了吸附膜的厚度,从而达到了缓蚀目的.(3)用SEM和SECM对IM在不锈钢表面自组装的初步探讨不锈钢由于其结构的特殊性,含的成分太多,组装比较困难.本文用SEM表征了咪唑啉在不锈钢表面组装后腐蚀形貌的变化,并用SECM法表征了组装前后法拉第探头电流大小的变化.SAMs在电极表面生成了一层"屏障",将电极与溶液中具有氧化还原活性的分子部分屏蔽起来,使得溶液中的氧化还原产物之间的转化不再与裸电极表面一样容易发生.表面形成SAMs,而且该膜改变了原来电极表面的物理与化学特性,对基底有一定的保护作用.     

新型双子咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成及其性能

为寻找性能优异的咪唑啉类缓蚀剂,以油酸与二乙烯三胺为原料、二甲苯为携水剂,制备了油酸咪唑啉(OAC),以环氧氯丙烷与二乙胺季铵化反应生成浅黄色混合物中间体,再与OAC反应,合成了一种新型双子咪唑啉季铵盐缓蚀剂(EOAC)。用红外光谱对其结构进行分析,并用静态腐蚀法考察了EOAC和OAC在不同浓度HCl溶液中对Q235钢的缓蚀率,用接触角测定仪测定了分别含有EOAC和OAC的水与Q235钢的接触角。结果表明:低酸度环境中EOAC较OAC缓蚀性能有所提高,浸润性更好,能更快在钢铁表面铺展成膜。     

邻菲罗啉及其衍生物对盐酸中铜的缓蚀性能

邻菲罗啉(PHEN)及其衍生物可有效抑制金属及其合金在酸性介质中的腐蚀,但目前还未见其对铜材缓蚀的报道。采用失重法及扫描电镜(SEM)研究了PHEN及其衍生物2-苯基-1H-咪唑[4,5-f][1,10]邻菲罗啉(PIPH)这2种有机缓蚀剂在1 mol/L HCl溶液中对铜的缓蚀作用,并对其缓蚀机理进行探讨。结果表明:当缓蚀剂浓度为1.0 mmol/L、温度为30℃,吸附成膜时间4 h,2种缓蚀剂在1 mol/L HCl溶液中的缓蚀效率均达最大值,PHEN和PIPH对铜的缓蚀效率可分别达到96.4%和99.7%;2种缓蚀剂在铜表面的吸附均符合Langmuir吸附模型,且均为化学吸附。     

高压阳极铝箔扩孔缓蚀剂的试验与理论研究

高压阳极铝箔在扩孔腐蚀溶液中加入缓蚀剂可提高铝箔的扩面效果,本文采用量子化学计算结合失重法、电化学阻抗法、扫描电镜实验,对硫脲、磺胺、油酸咪唑啉抑制铝箔电化学扩孔阶段的全面腐蚀进行理论研究。试验结果表明:油酸咪唑啉分子吸附活性中心集中在咪唑环上,与铝箔表面金属发生交互作用产生吸附,磺胺分子活性吸附中心在苯环以及N,O原子上,硫脲分子的吸附活性中心在S原子上。三种缓蚀剂在铝箔表面的吸附,有效缓解了扩孔时的并孔,提高了铝箔比电容。油酸咪唑啉在铝箔表面的吸附作用强,不容易进入蚀孔内部,对铝箔缓蚀扩面效果最好。     

咪唑啉型复配缓蚀剂对20钢在高含CO2油田污水中缓蚀行为影响的研究

利用缓蚀剂成膜试验和失重试验研究了咪唑啉型复配缓蚀剂对20钢在高含CO2油田污水中的缓蚀行为.成膜试验结果表明,咪唑啉型缓蚀剂与TXP-10、乌洛托品、异丙醇复配后,大大提高了成膜的完整性.70℃和90℃时,咪唑啉酰胺和松香咪唑啉季铵盐缓蚀剂复配后,有利于提高缓蚀效率;120℃时,咪唑啉酰胺缓蚀剂分子分解,而松香咪唑啉...     

3种双咪唑啉季铵盐对Q235钢在盐酸溶液中的缓蚀性能及吸附行为

咪唑啉类缓蚀剂缓蚀性能优异,应用前景广阔。目前对双咪唑啉缓蚀剂在金属表面吸附行为的研究未见报道。合成了3种双咪唑啉季铵盐CABI,BABI,SABI,用红外光谱表征了其结构,并用失重法和电化学方法研究了其在1mol/LHCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能和吸附行为。结果表明:3种双咪唑啉季铵盐在1mol/LHCl介质中对Q235钢都具有良好的缓蚀性能,且用量少;较高温度(50～80℃)下的缓蚀效率达90%以上,其缓蚀能力大小顺序为CABI>BABI>SABI,均属于阴极型缓蚀剂;在Q235钢表面的吸附过程为放热过程,吸附行为服从Langmuir吸附等温式,主要为化学吸附。     

微米结构聚合物涂层的制备及减阻性能研究

采用高压空气喷涂工艺,制备了一种聚合物涂层。利用白光干涉表面形貌仪对涂层表面形貌进行了表征,结果表明该涂层表面具有微米级凹坑结构。根据表面元素分析的结果,说明了涂层表面形貌形成的机理。通过小型高速水洞的测试,验证了该涂层的减阻效果。并以微漩涡理论解释了减阻机理。     

纳米铁黄的表面改性及表征

研究了纳米铁黄有机表面改性的影响因素，确定了最优改性剂和改性条件。采用红外光谱（IR）、热分析（TG）、透射电镜（TEM）和分散性实验对表面改性前后的纳米铁黄进行了表征。实验结果表明，以硬脂酸为改性剂、用量为5％、pH值为4、改性时间为1．5h时，改性后的纳米铁黄的亲油化度达到92．6％。红外光谱和热分析显示，硬脂酸以化学键合的方式结合在纳米铁黄的表面，其质量分数约为4％。透射电镜（TEM）和分散性实验表明，经硬脂酸有机表面改性的纳米铁黄具有亲油疏水性能，能较好地分散于有机溶剂二甲苯中。     

十八胺高温成膜特性及成膜形态

十八胺(ODA)高温成膜特性可为燃气机组停机保养过程的防护提供科学依据。采用高压釜模拟350～560℃水汽环境,对燃气机组管材受热面ODA成膜进行研究,探讨了各条件对成膜耐蚀性的影响。结果表明:ODA最佳成膜条件:80 mg/L ODA,温度480℃,pH值9.5,恒温时间2 h;560℃时形成的膜层也具有很好的保护性,表明不降温加入ODA进行停机保养也是可行的;所成膜为含ODA的氧化铁层,ODA中N与Fe发生化学吸附形成保护膜。     

微米级沟槽表面薄膜的制备及减阻性能研究

采用轮毂热压工艺,制备一种表面有规则微米级沟槽结构的薄膜。利用白光干涉表面形貌仪对薄膜表面形貌检测,结果表明采用此工艺制备的薄膜可获得形貌构型可控的微米级沟槽结构。通过热压轮毂形状参数,控制微米沟槽形貌构型。经航天部FD06风洞的测试,证实微米级沟槽表面薄膜在高速空气流中,诱发二阶涡流,显著降低固汽界面间剪切作用和摩擦阻力,具有显著的减阻效果。     

Behavior of Granular Material in Packed Bed Under Influence of Gas Injected Through a Nozzle

Cavity size hysteresis is an important phenomenon that affects the aerodynamics of any packed bed reactor significantly. Using the discrete element method approach, the mechanism of cavity size hysteresis in the presence of gas flow has been studied. The modeling results on cavity size have been compared with experiments and show a reasonable agreement. It is found that bed history, interparticle interaction forces, and gas drag all play an important role in the formation of cavities. The bed porosity in the decreasing gas velocity case was always found higher than the increasing gas velocity. The net gas drag at any location above the gas injection point in the bed decreases as the gas velocity is increased. It is also found that the change in interparticle interaction forces with gas flow rate is a major cause of the hysteresis phenomenon.     

金属表面织构化微孔填充干膜润滑剂的摩擦学性能

表面微孔织构化与润滑剂结合的制备技术能够有效地降低摩擦和延长工件的使用寿命.为此,研究了低成本、高效率的电解加工微孔表面织构化与MoS2干膜润滑剂的结合技术,并分析了其摩擦性能、磨痕表面及探讨微孔中润滑剂释放机理.结果表明,用电解技术加工微孔使表面织构化再填充干膜润滑剂是制备长寿命及低摩擦面的有效方法;摩擦面成膜的原因...     

雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析

采用雷诺平均N—S方程和RNG κ-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力，通过改变来流速度大小和沟槽面布置位置，研究了雷诺数对沟槽减阻特性的影响规律。计算结果表明，来流速度对沟槽减阻率的影响很大，对于一种尺度的V型沟槽，存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围，最大减阻率可迭8．6％；沟槽面在沿来流方向上的布置位置对其减阻效果的影响则非常小。     

机械化学法一步合成表面改性氧化锌纳米粉体

以醋酸锌、氢氧化钠、硬脂酸为原料,采用机械化学法,一步制备出具有表面亲油性能的氧化锌粉体。借助XRD、FTIR、TEM、纳米粒度测试等方法对粉体进行了表征,研究了硬脂酸对氧化锌粉体表面改性的机理。结果表明,硬脂酸中的羧基与氧化锌颗粒表面的羟基发生了酯化反应,并在表面形成有机膜,氧化锌粉末由亲水性转化为亲油性。当球磨时间为50 min、硬脂酸加入量为氧化锌质量的4.5%时,可以得到平均粒度为90 nm的亲油性氧化锌粉体。