本文關(guān)鍵詞：具表面活性噻唑衍生物的合成及對酸洗工藝中碳鋼的緩蝕性能與機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：酸洗是常用的有效去除金屬表面銹垢的方法之一,但酸洗往往會造成金屬基底的腐蝕。針對酸洗工藝中碳鋼的腐蝕問題,研制了兩種具有表面活性的噻唑類緩蝕劑。除了依靠噻唑本身在金屬表面的吸附外,表面活性劑的極性基團會定向吸附在液固界面,使有效吸附厚度增加,具有用量少而效率高的特點。以三聚氯氰、不同碳原子數(shù)的直鏈脂肪胺、2-巰基苯并噻唑(MBT)、N,N-二甲基-1,3-丙二胺為原料,合成了兩種具有表面活性的噻唑衍生物:2-正己胺基-4-(3-二甲胺基-丙胺基)-6-苯并噻唑-2-基-硫基)-1,3,5-均三嗪(CHMN),2-正辛胺基-4-(3-二甲胺基-丙胺基)-6-苯并噻唑-2-基-硫基)-1,3,5-均三嗪(COMN),采用FT-IR、ESI-MS、~1H NMR對二者的結(jié)構(gòu)進行了表征。MBT在一定程度上能降低鹽酸溶液的表面張力,隨著其濃度由0.005mM提高到1mM,鹽酸溶液的表面張力由72.45mN/m降至52.99mN/m。隨著CHMN濃度由5×10~(-4)mM提高到1mM,鹽酸溶液的表面張力由67.74mN/m降至41.19mN/m,臨界膠束濃度cmc以及對應濃度下的最低表面張力(γcmc)分別為0.5mM,41.67mN/m。隨著COMN濃度由0.005mM提高到0.2mM,鹽酸溶液的表面張力由62.34mN/m降至32.09mN/m,cmc及γcmc分別為0.1mM,32.17mN/m。通過靜態(tài)失重實驗、電化學阻抗譜、動電位極化曲線及超景深三維顯微技術(shù)研究了MBT、CHMN和COMN在1M HCl中對45#碳鋼的緩蝕效果。結(jié)果表明:緩蝕劑的緩蝕效率隨著濃度的提高而提高,隨著溫度的升高而降低。COMN的緩蝕效果最佳,CHMN次之,MBT最差。20oC時,不同方法所得到的0.2mM的COMN的緩蝕效率都在98%以上;隨著溫度升高至50oC,其緩蝕效率降低至30%以下。COMN和CHMN的緩蝕機理不同于MBT,MBT是陰極型碳鋼的不良緩蝕劑,而CHMN和COMN是以陰極為主的混合型優(yōu)異緩蝕劑。超景深三維顯微成像中,加入COMN的鹽酸溶液中碳鋼表面蝕坑深度最小,表面狀態(tài)最接近未腐蝕試片。采用靜態(tài)失重方法研究緩蝕劑的吸附熱力學:鹽酸中MBT在碳鋼表面的吸附符合Freundlich等溫吸附;CHMN與COMN在碳鋼表面的吸附符合Langmiur等溫吸附,吸附過程是自發(fā)進行的,溫度升高不利于吸附過程的進行;CHMN和COMN在碳鋼表面的吸附是物理吸附與化學吸附共同作用的結(jié)果;相比于CHMN,COMN更容易在碳鋼表面吸附。利用量子化學計算中的密度泛函理論(DFT)方法研究了緩蝕劑的構(gòu)效關(guān)系,結(jié)果表明:隨著疏水鏈上碳原子數(shù)由6增加到8,COMN的最高占據(jù)軌道能量(EHOMO)高于CHMN,其結(jié)構(gòu)中的不飽和雙鍵及雜原子更容易給出電子與金屬空軌道成鍵而形成吸附膜;COMN最低空軌道能量(ELUMO)低于CHMN,分子中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)更容易接受電子與金屬形成反饋鍵而提高吸附的強度;COMN分子能級間隙ΔE較小,偶極矩μ較大,在腐蝕介質(zhì)中較CHMN活潑,更容易代替水分子吸附于碳鋼表面。
【關(guān)鍵詞】：噻唑衍生物 表面活性 碳鋼酸洗 緩蝕 吸附 量子化學
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.42;O626
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-21
• 1.1 金屬腐蝕與防護10-11
• 1.2 金屬緩蝕劑研究進展11-19
• 1.2.1 緩蝕劑的定義及分類11-13
• 1.2.2 緩蝕劑性能常用評價方法13-14
• 1.2.3 酸洗緩蝕劑14-19
• 1.2.3.1 鹽酸酸洗緩蝕劑16-17
• 1.2.3.2 碳鋼鹽酸酸洗緩蝕劑17-19
• 1.3 選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 具表面活性噻唑衍生物的合成和表征21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 實驗試劑與儀器21-22
• 2.2.1 實驗試劑21
• 2.2.2 實驗儀器21-22
• 2.3 實驗部分22-28
• 2.3.1 合成路線22-23
• 2.3.2 實驗步驟23-24
• 2.3.3 合成路線的確定24-28
• 2.4 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征28-33
• 2.4.1 ~1H NMR譜圖分析28-30
• 2.4.2 FT-IR譜圖分析30-32
• 2.4.3 ESI-MS譜圖分析32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 具表面活性噻唑衍生物對酸洗工藝中碳鋼的緩蝕性能及機理研究34-73
• 3.1 引言34
• 3.2 實驗試劑與儀器34-35
• 3.2.1 實驗試劑34
• 3.2.2 實驗儀器34-35
• 3.3 實驗部分35-37
• 3.3.1 表面張力的測定35
• 3.3.2 靜態(tài)失重實驗35-36
• 3.3.3 電化學實驗36-37
• 3.3.4 表面形貌分析37
• 3.3.5 量子化學計算37
• 3.4 結(jié)果與討論37-70
• 3.4.1 表面張力測試分析37-40
• 3.4.2 靜態(tài)失重實驗40-46
• 3.4.3 電化學實驗46-56
• 3.4.3.1 電化學阻抗譜46-53
• 3.4.3.2 動電位極化曲線53-56
• 3.4.4 表面形貌分析56-58
• 3.4.5 緩蝕劑在碳鋼表面的吸附研究58-70
• 3.5 量子化學計算70-71
• 3.6 本章小結(jié)71-73
• 第四章 結(jié)論與展望73-77
• 4.1 結(jié)論73-75
• 4.2 展望75-77
• 參考文獻77-85
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文85-86
• 致謝86-87

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本文編號：388426