本文在對國內(nèi)外文獻調(diào)研的基礎上,采用分子動力學原理對曼尼希堿緩蝕劑進行篩選,并對理論篩選出的緩蝕劑進行了實驗室合成和結構表征;利用失重法分析了兩種曼尼希堿緩蝕劑的緩蝕性能,通過極化曲線和交流阻抗測試分析、研究其緩蝕作用機理;利用基于密度泛函理論的量子化學計算方法,對分子前線軌道和反應活性進行了計算和分析,在原子尺度上深入研究了曼尼希堿緩蝕劑分子與鐵表面之間的吸附作用機理。結果表明:在分子動力學模擬的平衡構型中,ZJ-1和ZJ-2緩蝕劑分子具有更負的吸附能,分子反應活性較高,與Fe表面的吸附更穩(wěn)定,具有在Fe(001)晶面自組裝成膜的傾向;且兩種分子在Fe表面形成的Fe-O和Fe-N鍵長較小,與金屬表面的結合更加緊密,吸附性能較好。因此,ZJ-1和ZJ-2兩種分子結構能在Fe(001)表面產(chǎn)生較好的緩蝕作用。實驗室合成的ZJ-1和ZJ-2曼尼希堿緩蝕劑對P110鋼的CO_2腐蝕均具有良好的緩蝕效果,其最佳添加濃度分別為100mg/L和150mg/L。ZJ-1的緩蝕性能更優(yōu),在較低溫度條件下,其緩蝕效率高達90.94%;溫度升高,緩蝕劑分子的吸附作用降低,緩蝕效率下降,但在高達120℃的溫度條件下,ZJ-1的緩蝕效率為72.59%,其仍具有較高的吸附和緩蝕性能。ZJ-1和ZJ-2緩蝕劑均為抑制陽極反應為主的混合型緩蝕劑,作用機理為幾何覆蓋效應。ZJ-1和ZJ-2緩蝕劑分子的前線軌道均分布在芳環(huán)和活性原子上,分子中的O17原子和N7原子既是親電活性中心,又是親核活性中心。分子的緩蝕性能與反應活性參數(shù)密切相關,量子化學計算表明兩種緩蝕劑分子均有兩個親核活性位點、三個親電活性位點和一個親核親電活性位點。
【學位單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TG174.42
【部分圖文】：

技術路線

15圖2-2不同數(shù)量分子的初始構型（緩蝕劑分子個數(shù)為3，6，10；ZJ-1（a，c，e）ZJ-2（b，d，f））2.3.2分子動力學模擬的計算方法分子動力學的一般模擬過程分為兩步，第一步先進行幾何優(yōu)化，第二步是分子動力學模擬或計算。在第二步中，首先要對體系的模擬時長、步長、力嘗系蹤、恒溫器等進行設定，才能對其繼續(xù)進行分子動力學模擬。分子動力學模擬采用Discover模塊完成，體系使用COMPASS力場來優(yōu)化。在保證計算精度的前提下，模擬立方體邊長應大于2倍的截斷半徑[41]。模擬的具體參數(shù)設置見表2-2。吸附能可以在一定程度上反應出緩蝕劑分子與金屬表面相互作用的強弱，緩蝕劑分子在Fe表面吸附能越負，則該緩蝕劑分子與表面之間的相互作用越強，越容易在表面上吸附，并越可能形成穩(wěn)定的吸附膜，從而預期具有更加良好的緩蝕性能。所以獲取體系達到平衡時的吸附能數(shù)據(jù)對緩蝕劑緩蝕性能評價的意義重大，吸附能的計算公式為（2-1）[42]：Eadsorption=Emolecular+surface-(Emolecular+Esurface)（2-1）式中：Eadsorption－緩蝕劑與鐵表面的吸附能，KJ·mol-1；Emolecular+surface－界面模型平衡態(tài)的總能量，KJ·mol-1；Esurface－Fe（001）表面的總能量，KJ·mol-1；Emolecular－緩蝕劑分子的能量，KJ·mol-1。

17圖2-3緩蝕劑分子與Fe（001）面吸附情況的溫度和能量波動曲線（ZJ-1（a，b）ZJ-2（c，d）ZJ-3（e，f）和ZJ-4（g，h））100200300400500250300350400Temperature/(k)Time/(ps)(a)100200300400500-54400-54000-53600-53200-52800-52400E/(KJmol-1)Time/(ps)(b)
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本文編號：2894735