氨基酸缓蚀剂缓蚀机理分子模拟分析及发展趋势

采用量子化学和分子动力学计算方法可以得到表征缓蚀剂分子结构的一系列结构参数,并通过分析体系的结合能与对关联函数,可从微观上探讨其缓蚀机理,进而为设计及合成新型高效缓蚀剂提供有力的理论指导。并讨论了氨基酸缓蚀剂发展趋势。     

脂肪胺类化合物对电解电容器用铝箔的作用

研究电解电容器用铝箔直流侵蚀过程中脂肪胺类化合物的缓蚀作用及其对侵蚀箔比电容的影响.扩孔液中添加缓蚀剂后,铝箔的失重减少,比电容提高了约20%～50%,并用量子化学观点解释了机理.     

亚磷酸酯高温缓蚀剂性能研究

测定了烷基苯亚磷酸酯的缓蚀性能及其极化曲线，并阐述了其缓蚀机理，由实验数据可知，合成产品具有良好的缓蚀性能，进一步采用电化学方法－极化曲线法对缓蚀剂的作用机理进行了探讨，该缓蚀剂是阳极抑制型缓蚀剂。     

咪唑啉类缓蚀剂性能的评价及其机理研究

针对陕北某天然气气井腐蚀现象日益严重以及天然气中H2S,CO2等酸性组分质量浓度不断增大等一系列亟待解决的生产实际问题,首先利用质量损失法对4种常用的咪唑啉类缓蚀剂进行了缓蚀效果评价,然后通过量子化学计算和分子动力学模拟的方法对其缓蚀行为和作用机理进行了初步研究。结果表明:咪唑啉类缓蚀剂对金属的缓蚀作用,主要由于其分子中的咪唑环及极性基团的作用;发生吸附时,咪唑环优先吸附于金属表面,有利于咪唑啉分子在金属表面形成稳定的保护膜。同时憎水支链的自由移动与伸展,能够在远离金属表面的地方形成一层致密的疏水层,阻碍了腐蚀介质与金属基体的接触,有效地增强了咪唑啉分子的缓蚀效果。缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果与实验结果相吻合。     

一种新型联苯双子季铵盐缓蚀剂的合成及性能研究

以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和联苯二氯苄为原料通过季铵化的方法合成双子缓蚀剂BDMA,再以失重实验、电化学阻抗谱、Tafel、形貌、量子化学计算的方法,对Q235钢在含有不同浓度BDMA盐酸中的缓蚀性能进行评价。通过缓蚀率实验可知,30℃时BDMA的缓释率能达到98.8%,说明其具有较优异的缓蚀效果;电化学实验结果表明,缓蚀剂的加入使其保护膜变厚,缓蚀率与浓度成正比;由吸附热力学知,BDMA的吸附属于自发,放热过程,且主要为化学吸附,符合郎格缪尔等温式;量子化学计算可知该缓蚀剂上面有较多吸附位点。     

酰胺醚类酸洗缓蚀剂在1M盐酸中的缓蚀行为研究

以烟酰胺基甲基醚(NAME)为一种新型酰胺醚类缓蚀剂,采用失重实验、电化学阻抗、极化曲线和量子化学计算等技术,研究了在1M盐酸溶液中对Q235碳钢的缓蚀作用和机理。实验结果表明,随着NAME浓度的增加,缓蚀效率变大最高可达94.8%,吸附行为符合Langmuir吸附等温式;极化曲线结果表明,NAME是一种阴极抑制为主的混合型缓蚀剂;单容抗弧表明腐蚀过程为电荷转移步骤控制;量子化学计算结果表明,吸附活性中心是杂环、N、O原子上。     

量子化学方法研究缓蚀剂结构与耐蚀性的关系

本文概述了缓蚀剂研究中使用的量子化学计算方法,讨论了酸性介质中缓蚀剂分子的结构参数,如HOMO能量、LUMO能量、电荷分布和自由价与缓蚀剂效率间的关系.对于缓蚀剂量子化学研究中的一些问题,提出了看法.     

量子化学参数法分析咪唑啉及其衍生物缓蚀机理

咪唑啉缓蚀剂是由以负电性O,S,N等原子为中心的极性基和以C,H为中心的非极性基组成。前者吸附于金属表面,后者位于离开金属的方向。当金属吸附了这类化合物时,可使表面能量状态稳定,又由于非极性基排列在金属表面形成疏水薄膜,可以抵抗电荷的移动,从而使腐蚀反应受到抑制。通过量子化学法计算缓蚀剂的缓蚀性能与EHOMO﹑ELUMO及ELUMO与EHOMO的差值ΔE关系来研究咪唑啉型缓蚀剂的亲水基团与其缓蚀性能的关系,以期为缓蚀剂的筛选、开发提供准确借鉴。     

两种甲基丙烯酸二甲氨乙酯基季铵盐的合成及缓蚀性能

以甲基丙烯酸二甲氨乙酯为母体,分别以氯丙烯和氯化苄为桥连基设计合成了两种季铵盐（DMA-1和DMA-2）。利用红外光谱、核磁共振氢谱证实了所得产物与设计相一致。再依次通过失重实验、电化学实验、AFM、接触角等手段测试了Q235钢在含有DMA-1 和DMA-2的1mol/L盐酸中的缓蚀性能,探讨了其在Q235钢表面的吸附和缓蚀机理。结果显示：在较高温度下,DMA-1和DMA-2仍能牢固吸附在Q235钢表面,当所加入缓蚀剂的浓度为100 mg/L 时,缓蚀率均可达92.7%以上,显示出良好的缓蚀性能,且 DMA-1比DMA-2具有更好的缓蚀效果。热力学计算结果表明DMA-1和DMA-2在Q235钢表面的吸附是化学吸附,过程自发、放热,且符合Langmuir等温吸附,属于良好的阳极型缓蚀剂。量子化学计算结果表明了DMA-1更容易提供或接受电子,进一步研究了DMA-1和DMA-2的分子结构与活性位点。     

稀土金属缓蚀剂的研究进展

稀土金属以其低毒、良好的缓蚀作用,有望成为一种环境友好的缓蚀剂。介绍了稀土金属缓蚀剂对各种金属缓蚀作用的研究现状、协同作用和缓蚀机理,对其研究现状及存在的问题进行了分析,展望了其在水处理领域的应用。     

亚磷酸酯高温缓蚀剂性能研究

测定了烷基苯基亚磷酸酯的缓蚀性能及其极化曲线,并阐述了其缓蚀机理,由实验数据可知,合成产品具有良好的缓蚀性能,进一步采用电化学方法——极化曲线法对缓蚀剂的作用机理进行了探讨,该缓蚀剂是阳极抑制型缓蚀剂。     

咪唑啉及其衍生物的缓蚀作用

概述了咪唑啉型缓蚀剂研究的发展和缓蚀剂缓蚀机理研究方法的发展,重点讨论了咪唑啉及其衍生物的结构特点、缓蚀作用的电化学特征、在金属表面的吸附特征、咪唑啉及其衍生物的分子结构与其缓蚀作用的关系,探讨了查明咪唑啉及其衍生物的缓蚀机理对设计新型的缓蚀剂分子,进一步开发高效低毒的缓蚀剂品种的意义.     

利用量子化学特征的模糊人工神经网络预测咪唑啉衍生物缓蚀效率

针对咪唑啉衍生物的量子化学特征参数与缓蚀效率存在复杂非线性关系，在利用多因素方差分析判断其相关性的基础上建立以最高占据轨道能量、最低未占据轨道能量、分子偶极矩、单点能、硬度、软度、亲核进攻指数、亲电进攻指数、电子转移参数以及咪唑环上非氢原子静电荷之和等量子化学特征参数为输入，以缓蚀效率为输出的模糊人工神经网络。结果表明，咪唑啉衍生物的量子化学特征参数及其缓蚀效率之间具有非常显著的相关性，据此所创建的Takagi-Sugeno型模糊人工神经网络预测模型采用10-30-1网络结构，通过Momentum优化算法对其进行反复训练直至其均方误差小于容许收敛误差限0.005，训练、测试阶段模型输出值与期望值近似呈线性关系，决定系数为0.9999，关联度较高，验证阶段该模型亦表现出良好的可靠性。因此利用量子化学特征的模糊人工神经网络预测模型能够准确预测不同咪唑啉系列衍生物的缓蚀效率。     

席夫碱基咪唑啉缓蚀剂的密度泛函理论研究

用量子化学密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G(d)和6-311G(d,P)基组水平上,研究了席夫碱基咪唑啉化合物BIA、BIOHA、BIMHA和BIMMA的缓蚀性能与分子结构及电子结构的关系,讨论了计算结果与缓蚀性能的关系。结果表明缓蚀性能与电负性χ、亲电指数ω等亲电反应参数相关性良好,最后用Fukui指数分析了分子中原子的反应性。可以认为缓蚀剂分子通过离域于苯环平面LUMO接受电子发生亲电作用与金属表面形成吸附膜。     

多功能水处理剂CP-A的作用机理研究

本文采用实验与仪器分析相结合的方法，对多功能水处理剂CP-A的作用机理进行了研究。实验结果表明，该药剂为沉淀膜型缓蚀剂，是以阴极控制为主的混合型缓蚀剂，其阻垢作用是由于CP-A对溶液中的成垢物质的络合增溶作用及对垢层晶格的畸变作用，其絮凝作用对缓蚀、阻垢起了促进作用。     

钼酸盐与其他缓蚀剂协同缓蚀效应的研究

简要介绍了钼酸盐缓蚀剂的缓蚀机理,并对钼酸盐与其他缓蚀剂协同缓蚀效应的研究作了综述。     

4-氨基苯甲酸席夫碱自组装缓蚀膜对20#钢在饱和CO2油田水中的缓蚀性能

利用邻氧乙酸苯甲醛缩4-氨基苯甲酸钾盐席夫碱(K₂L1)缓蚀剂在20#碳钢表面制备了自组装单分子膜(SAMs),通过电化学方法研究了缓蚀剂的合成条件、自组装时间等因素对成膜的影响,结果表明,合成中KOH与邻氧乙酸苯甲醛按2:1摩尔比进行反应得到的K₂L1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。缓蚀性能的研究表明,碳钢表面K₂L1-SAMS抑制了碳钢的阴极还原过程,改变了电极表面双电层结构,具有良好的缓蚀效果(最高缓蚀效率可达95%以上),交流阻抗和极化曲线得到的结论是一致的。同时研究表明K₂L1的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理是典型的化学吸附。量子化学计算结果表明,K₂L1分子具有多个吸附活性中心,这些活性原子的前线轨道能与碳钢表面铁原子的前线轨道相互作用,因而使得K₂L1分子在碳钢表面形成吸附膜,阻止了碳钢在饱和CO₂油田水介质中的溶解。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,K₂L1通过配位键在碳钢表面形成了稳定的缓蚀膜。     

自组装席夫碱膜对铜的缓蚀行为

通过分子自组装技术在铜表面制备2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑缩对羟基苯甲醛（简称A）和2-氨基苯并咪唑缩对羟基苯甲醛（简称B）缓蚀膜。采用电化学测试方法研究了两种席夫碱自组装膜在质量分数为3%的NaCl溶液中对铜的缓蚀作用。结果表明,自组装分子膜能有效抑制铜片的腐蚀,对于席夫碱A,当溶液浓度为15 mmol·L^-1,组装时间为6 h时缓蚀效果最佳;对于席夫碱B,当溶液浓度为20 mmol·L^-1,组装时间为12 h时缓蚀效果最佳,A、B的缓蚀效率分别达到98.9%和96.73%。表面分析技术表明,席夫碱化合物在铜表面形成一层保护膜,有效阻挡了腐蚀粒子向金属基底的转移,从而抑制了腐蚀的发生。量化计算和分子动力学模拟分析了A、B两种缓蚀剂分子构型与缓蚀性能的关系以及在铜表面的吸附形态,结果表明,两种缓蚀剂具有很好的缓蚀性能,且缓蚀效果A>B,与实验结果一致。     

曼尼希碱CO2盐水缓蚀剂的合成及其性能

以水杨醛和二乙烯三胺为原料,合成了席夫碱中间体,并与甲醛和丙酮通过Mannich反应合成了含亚胺结构的曼尼希碱(ISMB)缓蚀剂。对ISMB结构采用红外和核磁进行了表征。通过静态失重法和电化学方法,考察了在质量分数为3%盐水(质量分数为3%的NaCl水溶液,下同)的饱和CO2水溶液中对N80钢片的缓蚀性能。通过TGA评价了ISMB缓蚀剂的耐高温性能。对缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附行为、腐蚀形貌进行了考察,应用量子化学对ISMB的缓蚀机理进行了研究。结果表明:在70℃下,ISMB质量浓度为500 mg/L,腐蚀时间为72 h时,缓蚀剂的缓蚀率为90.4%。缓蚀剂自身在220℃以下时热稳定性良好,ISMB能自发吸附在钢片表面,且吸附类型是以化学吸附为主的混合吸附。通过原子力显微镜(AFM)观察N80钢片表面腐蚀形貌,结果表明:ISMB的缓蚀效果良好。通过量子化学得到全局反应活性参数,结果表明:ISMB分子能隙低,反应活性区域主要集中在苯环和氮氧原子。     

一种新型水溶性咪唑啉酰胺缓蚀剂的合成及量子化学分析

先用壬酸将四乙烯五胺的端基酰胺化,然后引入冰乙酸将部分氨基酰胺化,再进行环化脱水,制得水溶性咪唑啉酰胺缓蚀剂。采用气液相色谱、红外光谱、核磁共振、质谱等对产物进行表征;并通过量子化学计算对其缓蚀机理进行研究。结果表明:合成水溶性咪唑啉酰胺的适宜工艺路线条件是,反应原料物质的量比n(四乙烯五胺)∶n(壬酸)∶n(冰醋酸)=1∶1∶4.5;酰胺化反应温度135~140℃,反应时间4h;闭环反应温度230~240℃,闭环反应时间4h,转化率达99%以上。多种表征手段分析确定了合成产物的分子结构和含量;量子化学计算表明该缓蚀剂分子的活性区域主要分布在咪唑啉环和亲水支链上,且随着亲水基团链长变长,缓蚀性能提高。