【摘要】：酸溶液廣泛應(yīng)用于鋼的酸洗和煉油設(shè)備的清洗,在酸性條件下,金屬的腐蝕不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加還會(huì)危及操作人員的生命安全。所以防腐蝕是一個(gè)永恒的挑戰(zhàn),高效、低毒、環(huán)保的緩蝕劑的研發(fā)是持久的課題。從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā),將溴化-N-間芐胺基吡啶和炔丙醇通過(guò)共價(jià)鍵相連設(shè)計(jì)在同一個(gè)分子內(nèi),使這兩部分在分子內(nèi)產(chǎn)生協(xié)同作用,得到具有良好緩蝕性能的緩蝕劑;目標(biāo)化合物分子中有可聚合的三鍵和苯胺片段,這兩個(gè)片段在鋼片上能發(fā)生原位聚合,形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有望克服有機(jī)小分子在高溫下從金屬表面脫附而喪失緩蝕性能的弱點(diǎn);苯胺片段在酸性溶液中聚合的特點(diǎn)使得該分子將聚合及腐蝕抑制功能融為一體,從而真正達(dá)到原位聚合防腐的功效。所以本文以p-氯甲基吡啶鹽酸鹽,丙炔醇和3-(溴甲基)苯基氨基甲酸叔丁酯為原料合成了未見(jiàn)報(bào)道的新型溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇(記為BAP)緩蝕劑。使用BAP溶液及BAP在X70鋼表面原位聚合兩種方法研究了BAP對(duì)5 M HCl溶液中的X70的緩蝕性能。具體內(nèi)容如下:1)本文合成了未見(jiàn)報(bào)道過(guò)的新型緩蝕劑溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇,并通過(guò)~1H NMR、~(13)C NMR、FT-IR和GC-MS對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,結(jié)果證實(shí)該化合物和目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)一致。2)使用失重法和電化學(xué)方法評(píng)價(jià)了溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇對(duì)X70鋼的緩蝕性能。失重法結(jié)果表明,溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇在鹽酸溶液中對(duì)X70鋼的緩蝕效率,隨著B(niǎo)AP濃度的增加、腐蝕體系溫度的升高而逐漸上升。溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇在X70鋼表面的吸附符合單分子層的Langmuir吸附模式。吸附過(guò)程中(35)G~0_(ad) _s的數(shù)值在-28.47 k J mol~(-1)到-35.27 k J mol~(-1)之間,這意味著緩蝕劑通過(guò)化學(xué)吸附和物理吸附吸附在X70鋼片表面。(35)H~0_(ads)的值大于零,這表明吸附過(guò)程是吸熱的。(35)S~0_(ad) _s的值大于零,這說(shuō)明緩蝕劑在X70鋼表面的吸附是熵增加的過(guò)程。在不含緩蝕劑的溶液中的E_a值大于含有緩蝕劑溶液的E_a值,這進(jìn)一步證實(shí)了該緩蝕劑在X70鋼片表面的吸附是典型的化學(xué)吸附。Tafel極化曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇濃度的增加,腐蝕電流密度的值逐漸下降。最大的腐蝕電位差是14 m V,這表明所研究的緩蝕劑是混合型緩蝕劑。電化學(xué)阻抗測(cè)試結(jié)果表明:電荷轉(zhuǎn)移電阻隨著緩蝕劑濃度的增加而不斷增大、雙電層電容則隨BAP的濃度的增加而逐漸減小,說(shuō)明緩蝕劑吸附在金屬/溶液界面形成了緩蝕膜,阻止表面電荷的轉(zhuǎn)移和金屬質(zhì)量的損失。通過(guò)失重法和電化學(xué)方法獲得的緩蝕效率具有良好的一致性。3)通過(guò)失重法評(píng)價(jià)了溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇在X70鋼片表面原位聚合防腐性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:緩蝕劑的緩蝕效率隨著溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇單體濃度的增加而逐漸上升;緩蝕劑的緩蝕效率隨著腐蝕體系溫度的上升而上升;緩蝕劑的緩蝕效率隨著浸泡時(shí)間的增加而上升;緩蝕劑的緩蝕效率也隨鹽酸濃度的增加而逐漸上升。在所研究的濃度范圍內(nèi),可以看到這樣的規(guī)律:η%(BAP原位聚合)η%(PBAP-2)η%(BAP)。尤其在低濃度時(shí),η%(BAP原位聚合)、η%(PBAP-2)和η%(BAP)之間的差距較大,例如,在90℃下,10 ppm時(shí),η%(BAP)為51.97%、η%(PBAP-2)為70.28%和η%(BAP原位聚合)為87.69%。但是,η%(BAP原位聚合)、η%(PBAP-2)和η%(BAP溶液法)之間的差距隨著緩蝕劑濃度的增加而不斷縮小,例如,在90℃下,70ppm時(shí),η%(BAP)為95.72%、η%(PBAP-2)為97.57%和η%(BAP原位聚合)為98.86%。這表明通過(guò)兩次原位聚合可以提高BAP的緩蝕效率,進(jìn)而減少緩蝕劑的用量。從掃描電鏡圖可以清楚地看出,通過(guò)BAP分子中的炔鍵在X70鋼片表面進(jìn)行原位聚合后,在X70鋼片表面可以清晰的看到細(xì)絲狀聚合物膜。通過(guò)BAP分子中含有的苯胺在X70鋼表面進(jìn)行第二次苯胺的原位聚合后,X70鋼的表面形貌呈花狀,而且變得更加致密、有序。這層致密的緩蝕膜有效抑制了酸對(duì)X70鋼的腐蝕。對(duì)鋼片上保護(hù)膜的紅外分析可知,C≡C在2122.04 cm~(-1)的特征吸收峰完全消失,表明BAP在X70鋼片表面形成了PBAP-1保護(hù)膜。1637.50cm~(-1)(醌環(huán)的C=C鍵的伸縮振動(dòng)),1123.34 cm~(-1)(醌環(huán)結(jié)構(gòu)中C=N鍵的伸縮振動(dòng)),1463.13 cm~(-1)(苯環(huán)的C=C的伸縮振動(dòng))特征吸收峰的存在表明通過(guò)BAP分子中的苯胺在X70鋼表面進(jìn)行二次原位聚合形成了PBAP-2(a)緩蝕膜。4)用密度泛函理論(DFT)和分子動(dòng)力學(xué)模擬(MD)研究溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇對(duì)X70鋼的緩蝕性能。計(jì)算得到了硬度(η)、軟度(S)、能隙((35)E)、偶極距(m)和電子轉(zhuǎn)移數(shù)((35)N)等參數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明,溴化-N-間芐胺基吡啶炔丙醇具有良好的反應(yīng)活性和緩蝕性能。與鐵表面發(fā)生吸附時(shí),緩蝕劑分子以近乎平躺的方式吸附在Fe(100)晶面,這證實(shí)了緩蝕劑分子和Fe原子之間發(fā)生了強(qiáng)烈的相互作用,形成了一層高效的緩蝕膜,減少鐵的溶解,展示出其良好的緩蝕性能。理論計(jì)算的結(jié)果與通過(guò)失重法和電化學(xué)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西華師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ317;TG174.42

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2342545