咪唑啉缓蚀剂的合成及其缓蚀性能的研究

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咪唑啉类缓蚀剂是近些年来研究的热点并广泛应用于石油化工、酸洗除锈、油井酸化等工业中。该类缓蚀剂对环境友好,制备方法简单,原料易得,高效低毒,只需加入少量就有很好的缓蚀效果,是一种性能优良的缓蚀剂。诸多文献所报道的咪唑啉化合物的合成大都是以羧酸和有机胺为原料在一定温度和条件下酰胺化缩合脱水成环。本文对合成方法加以改进,先以苯甲醛和三乙烯四胺反应生成席夫碱,然后再与脂肪酸缩合,两步合成了两种含席夫碱基的咪唑啉化合物SMI和SEI。合成的产物具有水溶性好、用量低、效果好等特点。利用红外光谱对其结构进行了表征,并通过失重法和极化曲线、交流阻抗等电化学方法研究了这两种咪唑啉化合物在1mol/L盐酸溶液中对N-80钢的缓蚀性能;探讨了其腐蚀反应动力学及温度对缓蚀剂缓蚀效率的影响;研究了它们在N-80钢表面的吸附模式,并对其缓蚀机理进行了初步探讨。结果表明,所合成的两种咪唑啉化合物SMI和SEI在1mol/L盐酸溶液中对N-80钢具有良好的缓蚀性能。当SMI的添加量为100mg/L时,缓蚀效率可达84%以上,且缓蚀效率随缓蚀剂浓度的增大而提高;而在腐蚀介质中加入少量缓蚀剂SEI就可达较高的缓蚀效率,当缓蚀剂SEI的添加浓度为10mg/L时,缓蚀效率可达90%以上。极化曲线测试结果表明,两种化合物的加入均能够同时抑制腐蚀反应的阴阳极反应,起到了较好的缓蚀效果。缓蚀剂SMI对腐蚀反应的阴极有较强的抑制作用,自腐蚀电位负移,应属于阴极型缓蚀剂;而缓蚀剂SEI<WP=3>对腐蚀反应的阳极有较强的抑制作用,自腐蚀电位正移,应属于阳极型缓蚀剂。 交流阻抗测试结果也表明,两种咪唑啉化合物SMI和SEI对N-80钢在1mol/L盐酸溶液中具有良好的缓蚀性能。Nquist谱图均表现为较好的单一容抗弧,说明腐蚀反应受传荷控制,其等效电路可用符号R(RC)来表示。利用拟合所得结果计算出缓蚀效率与失重法、极化曲线法测试所得结果基本一致。通过吸附研究结果表明,缓蚀剂SMI在N-80钢表面的吸附遵循Langmuir吸附等温式,计算出其吸附自由能为-1.028kJ/moL。;并在温度为30℃~60℃的范围内研究了温度与缓蚀剂缓蚀效率之间的关系,结果表明缓蚀剂SEI在所研究的温度范围内对N-80钢具有较好缓蚀作用;其缓蚀效率随温度的升高而降低,表明其在N-80钢表面的吸附为物理吸附。加有和未加有缓蚀剂SEI时所计算出的腐蚀反应活化能Ea分别为120 kJ/mol和79kJ/mol。腐蚀反应活化能的升高,说明缓蚀剂的加入抑制了腐蚀反应的进行。用松香、二乙烯三胺等为原料合成了松香基咪唑啉,然后以丙烯酸甲酯对其该性,生成了两种水溶性松香基咪唑啉化合物CRI和ORI。用化学失重法研究了它们在1mol/L盐酸溶液中对N-80钢的缓蚀性能,并对其吸附及缓蚀机理进行了初步探讨。结果表明,所合成的两种松香基咪唑啉化合物CRI和ORI在1mol/L盐酸溶液中对N-80钢具有良好的缓蚀性能。0.1%的使用浓度可使缓蚀效率达到89%以上。吸附及缓蚀机理研究表明,松香型咪唑啉在金属表面的吸附性好,但空间位阻大,形成的吸附膜有缝隙;而蓖麻油和油酸与二乙烯三胺所反应生成的蓖麻油型咪唑啉和油酸咪唑啉因相对分子量小,空间<WP=4>位阻小,能够较好地填补松香型咪唑啉所形成的吸附膜缝隙,两者相互弥补,使得缓蚀剂CRI、ORI在金属表面形成比一般咪唑啉型缓蚀剂更好的保护膜,抑制了腐蚀的进行。我国松脂资源丰富利用松香资源开发高效低成本、或性能价格比较高的缓蚀剂品种,并将其应用于生产实践,将具有良好的社会效益和经济效益。
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