含氮雜環(huán)季銨鹽Gemini表面活性劑的合成及性能研究

發(fā)布時間：2019-09-02 09:46

【摘要】：經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,能源需求量日益擴(kuò)大。管道及設(shè)備的使用越來越多,由于腐蝕導(dǎo)致金屬制品受到破壞無法繼續(xù)使用,給工業(yè)生產(chǎn)帶來許多不必要的麻煩。目前加入一些緩蝕劑是防治金屬腐蝕的有效方法之一。季銨鹽以其較好的殺菌效果、較低的毒性、良好的水溶性、廣泛的生物活性等優(yōu)點,逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。其中含氮雜環(huán)季銨鹽化合物在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用尤為廣泛。此外,可降解的含酯基化合物作為一種環(huán)境友好型化合物,也逐漸引起了人們的注意。本文首先通過階梯升溫法,以二甲苯為攜水劑,油酸和羥乙基乙二胺為原料合成了含羥基的咪唑啉,并研究了油酸和羥乙基乙二胺的物質(zhì)的量之比、攜水劑種類、攜水劑含量及溫度對咪唑啉產(chǎn)率的影響,確定了合成羥基咪唑啉的最佳條件。測定了合成物的熔點,并通過紅外光譜和核磁共振氫譜對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。再以自制咪唑啉和己二酰氯為原料,以二氯甲烷為溶劑,三乙胺為縛酸劑反應(yīng)生成對應(yīng)的酸酯,之后以氯乙酸為季銨化試劑合成含氮雜環(huán)季銨鹽雙子(Gemini)表面活性劑。通過紅外光譜和核磁共振氫譜對合成的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。并研究了其在水溶液中的分散性,在水溶液中對苯的乳化能力,及其在水溶液中的起泡能力及產(chǎn)生的泡沫的穩(wěn)定性,親水親油平衡(HLB)值,采用吊環(huán)法測定該表面活性劑的表面張力和臨界膠束濃度等表面活性。并通過靜態(tài)掛片失重法、極化曲線、電化學(xué)阻抗譜法采用控制變量法分別研究了不同溫度、不同濃度的該緩蝕劑、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸溶液對該物質(zhì)在腐蝕介質(zhì)中對Q235鋼片的緩蝕性能的影響,并通過簡單計算對其緩蝕機(jī)理進(jìn)行了初步探討。另外還通過掃描電鏡觀察了Q235鋼片在加入緩蝕劑和未加緩蝕劑的鹽酸溶液中的腐蝕形貌。實驗表明,合成羥基咪唑啉的最佳條件為:油酸和羥乙基乙二胺的物質(zhì)的量之比為1:1.2,100 mL三口燒瓶中,加入20 mL二甲苯做攜水劑,采用程序升溫法由120℃開始,每兩個小時升溫一次直至220℃反應(yīng)12個小時。測定所合成物質(zhì)的熔點約為83℃,紅外光譜及核磁共振氫譜對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,證明該物質(zhì)為羥基咪唑啉。紅外光譜和核磁共振氫譜對合成的含氮雜環(huán)季銨鹽雙子表面活性劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,也證明含氮雜環(huán)季銨鹽雙子表面活性劑已合成。表面活性測試結(jié)果表明,所合成的含氮雜環(huán)季銨鹽雙子(Gemini)表面活性劑在水溶液中分散性良好,對苯的乳化能力強(qiáng),在水中的起泡能力較強(qiáng)且形成的泡沫穩(wěn)定,吊環(huán)法測得其表面張力為33.67 mN·m-1,臨界膠束濃度為1.5×10-3 mol/L,表面活性良好。靜態(tài)掛片失重法結(jié)果表明,60℃時,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的100 mL HCl溶液中隨著該含氮雜環(huán)季銨鹽雙子表面活性劑濃度的增大,金屬的腐蝕速率下降,緩蝕率顯著提高,當(dāng)緩蝕劑的用量為90 mg/L時,緩蝕率可達(dá)91.12%。極化曲線和電化學(xué)阻抗譜測試結(jié)果表明,該緩蝕劑為混合型緩蝕劑,且通過“幾何覆蓋效應(yīng)”在金屬表面形成保護(hù)膜而減緩金屬的腐蝕速率,并且通過熱力學(xué)和動力學(xué)方面的計算研究得該緩蝕劑在金屬表面的吸附方式為物理吸附。掃描電鏡分別對浸漬在未加緩蝕劑和添加了緩蝕劑的鹽酸腐蝕介質(zhì)中一段時間以后的Q235鋼片表面形貌的觀察表征,有力地證明了該含氮雜環(huán)季銨鹽雙子(Gemini)表面活性劑具有良好的緩蝕性能。
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