【摘 要】
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碳钢在油气田的酸化开采过程中受到盐酸以及温度的影响会产生一定的腐蚀。而酸化缓蚀剂是目前针对碳钢酸化腐蚀的高效手段,开发绿色、低毒、耐温耐酸的酸化缓蚀剂是该领域的一个重要研究方向。现阶段酸化缓蚀剂中希夫碱型缓蚀剂由于其绿色环保、材料来源广泛等优点逐渐被研究人员所青睐。因此,本文研发出四种双缩合希夫碱型耐温酸化缓蚀剂,即3-氨基-1,2,4-三氮唑双缩对苯二甲醛希夫碱（XFJ-1）、苯胺双缩对苯二甲醛
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碳钢在油气田的酸化开采过程中受到盐酸以及温度的影响会产生一定的腐蚀。而酸化缓蚀剂是目前针对碳钢酸化腐蚀的高效手段,开发绿色、低毒、耐温耐酸的酸化缓蚀剂是该领域的一个重要研究方向。现阶段酸化缓蚀剂中希夫碱型缓蚀剂由于其绿色环保、材料来源广泛等优点逐渐被研究人员所青睐。因此,本文研发出四种双缩合希夫碱型耐温酸化缓蚀剂,即3-氨基-1,2,4-三氮唑双缩对苯二甲醛希夫碱（XFJ-1）、苯胺双缩对苯二甲醛希夫碱（XFJ-2）、2-氨基苯并咪唑双缩对苯二甲醛希夫碱（XFJ-3）和肉桂醛双缩对苯二胺希夫碱（XFJ-4）,并通过实验及模拟的手段对比缓蚀剂的缓蚀性能及缓蚀机理,所得到的研究内容如下:对合成的四种双缩合希夫碱采用元素分析、红外光谱分析和核磁共振氢谱进行结构表征。采用静态失重法、电化学方法、扫描电镜以及AFM等实验室方法对四种缓蚀剂在15%HCl、90℃环境下对N80钢的缓蚀性能进行评价。结果显示:四种双缩和希夫碱缓蚀剂的缓蚀性能从优到劣的顺序为XFJ-4＞XFJ-3＞XFJ-2＞XFJ-1,同时四种缓蚀剂的缓蚀效率同浓度成正比关系,而XFJ-4加量在6.84 m M的时候,缓蚀效率可以达到98.46%,并且XFJ-4添加后N80钢片表面光滑程度较高,表面腐蚀产物较少,表面粗程度低。电化学结果表明四种双缩合希夫碱缓蚀剂均为同时抑制阴、阳极反应的混合型缓蚀剂,自腐蚀电流密度同缓蚀剂浓度成反比关系。通过扫描电镜、X射线能谱以及X光电子能谱分析结果说明N80钢表面附着着一层致密、稳固的缓蚀剂膜。吸附等温分析结果表明四种缓蚀剂的等温吸附行为均符合Langmuir吸附等温模型,同时缓蚀剂的吸附吉布斯自由能分别为:-36.26 k J mol-1,-39.34 k J mol-1、-39.49 k J mol-1和-42.04 k J mol-1,表明XFJ-1、XFJ-2和XFJ-3的吸附形式为物理和化学混合吸附,而XFJ-4则主要以化学吸附为主。利用量子化学的方法对质子化前后四种双缩合希夫碱缓蚀剂的前线轨道参数、全局活性参数以及局部活性参数进行分析,证明缓蚀剂分子主要通过苯环及C=N双键来接受或提供电子,并且缓蚀剂的缓蚀性能与分子的反应活性以及吸附位点个数有关,根据结果发现XFJ-4相比于其余三种缓蚀剂,反应活性最高,活性位点也分布在整个分子上,与实验结果相一致。利用分子动力学模拟研究了真空和15%酸液条件下四种质子化前后的缓蚀剂分子在Fe（110）表面的吸附过程。结果表明缓蚀剂的缓蚀性能与吸附能相关,四种缓蚀剂在酸液环境下的吸附能分别为:298.36 k J/mol、356.26 k J/mol、374.26k J/mol、445.23 k J/mol,吸附能越大,缓蚀效果越好,这同实验以及量化结果吻合,最后通过键长来确定缓蚀剂分子中的N原子同Fe原子之间是以化学键的形式吸附。
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