氨基酸缓蚀剂缓蚀性能的实验评价与缓蚀机制分析

采用静态失重和分子模拟相结合的方法评价3种氨基酸缓蚀剂的缓蚀性能,并对其缓蚀机制进行分析.研究结果表明:3种缓蚀剂缓蚀效率的顺序为半胱氨酸>缬氨酸>丙氨酸;3种分子的反应活性中心的分布基本相同;半胱氨酸具有两个亲电取代反应的活性中心,反应活性最高且缬氨酸比丙氨酸具有更强的反应活性;半胱氨酸的吸附稳定性最强,其次是缬氨酸,丙氨酸最差.3种氨基酸缓蚀剂缓蚀效率的理论评价结果为半胱氨酸>缬氨酸>丙氨酸,与实验评价结果完全吻合.     

异恶唑衍生物缓蚀剂缓蚀性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究盐酸环境下两种缓蚀剂(2-甲基-5-十二烷基异恶唑(A)和2-异丙基-5-十二烷基异恶唑(B))对低碳钢的缓蚀性能,并对其缓蚀机制进行分析。结果表明:在液相条件下,异恶唑缓蚀剂的极性头部优先吸附于金属表面,烷基碳链以一定角度指向溶剂,并且2-异丙基-5-十二烷基异恶唑的吸附强度大于2-甲基-5-十二烷基异恶唑;形成的致密缓蚀剂膜能有效阻碍腐蚀介质向金属表面扩散,达到减缓腐蚀的目的。     

聚环氧琥珀酸衍生物缓蚀阻垢性能的理论研究

在油气田开发过程中会出现油管腐蚀和结垢的现象,从而造成巨大的经济损失并引起严重的安全问题。添加缓蚀阻垢剂是一种有效的防腐防垢的方法。近年来,随着人们环保意识的增强,环境友好的聚环氧琥珀酸(PESA)被广泛研究。采用量子化学和分子动力学模拟方法研究了PESA和聚环氧琥珀酸衍生物(MEA-PESA)的缓蚀阻垢性能。讨论了量子化学参数(前线分子轨道能量、能隙、整体硬度和Fukui指数)对缓蚀效率的影响。采用分子动力学模拟方法研究了8种缓蚀阻垢剂在金属和碳酸钙表面的吸附行为。结果表明,PESA和MEA-PESA缓蚀阻垢剂随着聚合度增加,缓蚀和阻垢效率均随之增强。     

抗CO_2腐蚀咪唑啉衍生物缓蚀性能的密度泛函理论

采用失重法测得4种咪唑啉衍生物(A～D)在CO_2饱和的3 % NaCl溶液中的缓蚀效率,利用量子化学密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对它们的分子结构与缓蚀性能的关系进行理论研究,并使用Fukui指数对分子的反应活性位进行分析.结果表明:咪唑啉类缓蚀剂分子与金属界面作用时,主要是咪唑环和亲水支链上的极性基团起作用;4种缓蚀剂在金属表面的吸附为化学吸附,且缓蚀效率与分子的最高占据轨道能量(E_(HOMO))和最低空轨道能量(E_(LUMO))的相关性较好.     

理论计算物质微观结构的方法

本文对量子化学理论和密度泛函理论做一概略性地论述，并介绍一些带子化学计算软件的特色，最后简单了介绍分子动力学模拟．     

咪唑及其衍生物分子的电子结构与缓蚀性能的关系

通过量子化学计算，从微观角度研究了咪唑及其衍生物分子在酸性NaCl介质中对20碳钢的缓蚀性能与分子结构的关系。结果表明，缓蚀效率η与缓蚀剂分子的EHOMO，ELUMO和偶极矩D之间存在较好的多元线性回归关系η=-5.47EHOMO 108.21ELUMO-8.28D-39.90，相关系数r为0．986。这些结果将帮助我们设计新的更有效的缓蚀剂分子。     

胺甲基化改性的苯并咪唑对盐酸中N80钢的缓蚀作用

采用失重法、电化学测试研究了1-(1-苯胺基-3-苯基-2-丙烯基)-2,3-二氢苯并咪唑(APPB)在5.0 mol·L-1盐酸介质中对N80钢的缓蚀行为,并用分子动力学方法模拟了缓蚀剂与Fe(001)表面的吸附行为。失重法结果表明:APPB缓蚀剂对盐酸介质中的N80钢有明显的缓蚀作用;在0.03~0.20 mmol·L-1浓度范围内,加入缓蚀剂APPB后,提高了腐蚀反应的活化能,而且APPB与N80钢表面的吸附行为遵循Langmuir吸附等温式。分子动力学模拟结果表明,APPB与Fe(001)表面的吸附能为663.51 k J/mol,远大于水分子与Fe(001)表面的吸附能。     

有机膦酸化合物阻垢缓蚀性能的量子化学研究

通过量子化学计量，探讨了乙烷－1，1－二膦酸（1，1－EDPA）、乙烷－1，2－二膦酸（1，2－EDPA）与羟基乙叉二膦酸（HEDP）三种结构相似的有机膦酸阻垢缓蚀剂分子结构与阻垢缓蚀性能之间的构效关系。计算结果显示，在阻垢性能方面，三种膦酸分子膦羧基团中氧原子呈负电性，这使得膦羧基易与晶面上的钙离子发生静电交互作用。且1，1－EDPA与HEDP分子中两个膦氧离子间距与方解石有关晶面上钙离子间距匹配，因而显著加强了阻垢剂分子与特定晶面的吸附行为，起到了碳酸钙晶体的阻垢效能，而1，2－EDPA不具有匹配的特征。在缓蚀性能方面，计算得到的三种分子最高占据轨道能量从高到低依次为1，2－EDPA；HEDP；1，1－EDPA。配合计算膦羧基团中膦中心原子对前线轨道电子云密度分布的贡献、磷原子2p轨道电子的富集程度，通过分析缓蚀剂分子与金属形成配价键的难易性，探讨了这三种有机膦酸分子缓性能差异的微观成因。     

钢表面2-巯基苯并噻唑衍生物自组装膜的缓蚀性能研究

运用自组装技术在钢片表面制备了2-巯基苯并噻唑衍生物的分子膜,并用倒置金相显微镜观察了其自组装分子膜的膜形貌;采用电化学测试技术研究了自组装膜在1mol/L HCl中对钢片的缓蚀性能。结果表明,这种2-巯基苯并噻唑衍生物缓蚀剂自组装膜对钢片有良好的缓蚀能力。     

苯并三氮唑衍生物的缓蚀性能研究

以苯并三氮唑（BTA）为原料合成1-羟甲基苯并三氮唑,将其与乙二胺按一定比例混合,通过挂片、电极化曲线以及交流阻抗等实验方法对其缓蚀性能进行了测定.证明该缓蚀剂在质量分数为3%的NaCl溶液中10mg/L的质量浓度下对黄铜的缓蚀率达到90%,比BTA有更好的缓蚀性能.电化学测量表明,新缓蚀剂的加入使铜的自腐蚀电位负移,增强了阴极极化的抑制作用,提高了铜电极表面的电荷转移电阻,从而具有教好的缓蚀效果.     

咪唑啉与其中间产物酰胺缓蚀性能的比较

使用油酸和二乙烯三胺在不同温度下合成了油酸基酰胺（A1）、油酸基咪唑啉（AM）以及既含有酰胺又含有咪唑啉（A2）的3种缓蚀剂。采用电化学阻抗谱（EIS）和极化曲线对3种合成产物在CO₂饱和的质量分数3.5%的NaCl溶液中进行缓蚀性能评价。EIS和极化曲线结果表明：A1、A2和AM均能对Q235钢在该介质中的腐蚀起到显著的抑制作用;3种合成产物的缓蚀效率由高到低为AM > A2 > A1,说明咪唑啉的缓蚀效果比酰胺的好。通过量子化学的方法研究了咪唑啉分子和酰胺分子的缓蚀机理,理论计算结果表明：与酰胺分子相比,咪唑啉分子的成键能力更强,从而更容易吸引电子,与Fe基体更容易发生相互作用。通过Hirshfeld计算了咪唑啉和酰胺分子中原子的Fukui指数并分析了其反应活性位点,Fukui指数的分析结果与分子前线轨道HOMO和LUMO的分析结果一致。     

咪唑啉缓蚀剂合成过程中成环程度与其性能的关系

以油酸、二乙烯三胺为原料在160 ℃经不同反应时间合成了系列咪唑啉,应用红外光谱、紫外分光光度法对合成产物进行了鉴定和分析,测定了不同反应时间的产水率和产物的酸值,并通过极化曲线考察了产物的缓蚀性能.结果表明:咪唑啉合成过程中,烷基酰胺的生成和烷基酰胺的环化是同时进行的;反应时间越长,烷基酰胺环化程度越高,产物的缓蚀性能越好;通过比较添加缓蚀剂前后A3钢的极化曲线可以看出,添加缓蚀剂后自腐蚀电位正移,说明咪唑啉主要抑制阳极过程而起到缓蚀作用,属于阳极型缓蚀剂.     

分子模拟辅助油气田缓蚀剂研究进展

针对酸性和高酸性油气田的腐蚀问题,综述了酸性油气田防腐用咪唑啉及其衍生物、苯腈类母体化合物、有机胺及其衍生物等缓蚀剂防腐的技术现状和缓蚀剂的防腐机理,介绍了分子模拟作为一门新兴的综合性计算化学技术在缓蚀剂结构设计和化学分析中的作用,重点强调了分子模拟辅助开发缓蚀剂的应用。分子模拟的发展为未来研究开发苛刻环境和复杂要求条件下具有优良综合性能、无污染的缓蚀剂具有重要的意义。     

咪唑及其衍生物作为铜的盐酸酸洗缓蚀剂的量子化学研究

用失重法研究了几种咪唑化合物在5%盐酸中对铜的酸洗缓蚀性能,用Hyperchem程序中的PM3半经验量子化学方块计算了这几种化合物的量子化学参数,并分别将它们的前线分子轨道能级、N原子上的净电荷以及咪唑环上的净电荷与各自的缓蚀率拟合,得到了很好的相关性,初步探讨了咪唑化合物在铜表面的吸附作用机理.用所得结果预测了2-羟基咪唑和4-羟基咪唑的缓蚀率,几种关系式预测的结果与实验结果能较好的吻合.     

咪唑化合物作为铜的盐酸酸洗缓蚀剂的QSPR研究

通过失重法研究了12种咪唑化合物30℃时在5%盐酸中对铜的酸洗缓蚀性能，用Hyperchem程序中PM3半经验量子化学方块计算了这些化合物的主要结构参数。讨论了量子化学方法在本研究中的成功与局限，采用定量结构——性质相关(QSPR)法研究了缓蚀率与结构参数之间的关系，探讨了咪唑化合物对铜的缓蚀作用机理。结果表明，咪唑化合物的缓蚀率与分子的分配系数lgP、咪唑环上的净电荷密度之和Q_ring以及咪唑化合物的一阶分子连接性指数¹X之间有很好的相关性。     

咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成及应用性能评价

以腐蚀速率为评价指标,以原料配比、反应时间、催化剂加量为考察因素,采用正交实验设计,得到了咪唑啉季铵盐缓蚀剂的最佳合成条件:苯甲酸与三乙烯四胺物质的量比为2∶1,先在140～160℃经缩合脱水反应2 h,再升温至220～250℃环化脱水反应2 h,得到咪唑啉中间体;然后使中间体与氯化苄在90℃左右反应4 h,得到咪唑啉季铵盐缓蚀剂主剂.将主剂与表面活性剂和溶剂复配,得到酸化缓蚀剂.采用静态挂片失重法和电化学方法考察了该缓蚀剂的缓蚀性能.结果显示:缓蚀剂质量分数为1%时,N80钢在90℃体积分数为15%的HCl介质中,缓蚀率为97%;缓蚀剂是以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂.     

缓蚀剂对电偶腐蚀的抑制作用的研究

通过测量N80和13Cr钢电偶电流，比较了几种缓蚀剂对电偶腐蚀的抑制效果，研究了缓蚀剂与硫脲之间的协同作用，并采用动电位扫描法对缓蚀剂BHD-Z的性能进行了研究。结果表明，添加少量的硫脲就能显著提高缓蚀剂BHD-Z的缓蚀效果。当硫脲添加量为4%时，对电偶腐蚀的抑制效果最佳。缓蚀剂BHD-Z主要抑制了腐蚀的阳极过程，属于一种阳极抑制型缓蚀剂。