油酸咪唑啉季銨鹽的復(fù)配緩蝕性能研究

劉 燕，閆紅亮

(北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100083)

油酸咪唑啉季銨鹽的復(fù)配緩蝕性能研究

劉 燕，閆紅亮

(北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100083)

以油酸、二乙烯三胺、氯化芐為原料合成了油酸咪唑啉季銨鹽，采用電化學(xué)極化法測(cè)試了其對(duì)N80鋼片在1 mol·L-1鹽酸溶液中的緩蝕性能;然后分別將KI、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、丙炔醇(PA)與油酸咪唑啉季銨鹽進(jìn)行復(fù)配，并測(cè)試了3種復(fù)配試劑對(duì)油酸咪唑啉季銨鹽緩蝕率的影響。結(jié)果表明:當(dāng)油酸咪唑啉季銨鹽濃度達(dá)到50mg·L-1時(shí)，N80鋼片的腐蝕速率最小，緩蝕率高達(dá)92%;隨著油酸咪唑啉季銨鹽濃度的增大，緩蝕率趨于穩(wěn)定;3種復(fù)配試劑對(duì)油酸咪唑啉季銨鹽的緩蝕率都有明顯改善，KI和SDBS的復(fù)配均能使緩蝕率達(dá)到95%以上，PA的復(fù)配效果最佳，緩蝕率可達(dá)到99%以上。

緩蝕劑;咪唑啉季銨鹽;復(fù)配;緩蝕率

在油田管線的腐蝕防護(hù)中，咪唑啉及其衍生物是一類廣泛應(yīng)用的緩蝕劑。此類緩蝕劑在含有HCl、H2S等酸性物質(zhì)的腐蝕環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的緩蝕性能，且具有熱穩(wěn)定性好、毒性低、生物降解性良好等優(yōu)點(diǎn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中，低濃度的咪唑啉衍生物往往達(dá)不到理想的緩蝕效果;要提高緩蝕率，需要加大用量，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。為平衡緩蝕效果與用量的關(guān)系，一種有效的途徑是選用某些試劑與咪唑啉衍生物進(jìn)行復(fù)配。研究表明，一些試劑與咪唑啉衍生物間存在著協(xié)同作用，通過復(fù)配可以明顯提高緩蝕效果［1-7］。鑒于此，作者以油酸、二乙烯三胺、氯化芐為原料，通過兩步脫水法合成了油酸咪唑啉季銨鹽，并采用電化學(xué)極化法研究了其與KI、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)及丙炔醇(PA)的復(fù)配緩蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 油酸咪唑啉季銨鹽的合成及其緩蝕性能的評(píng)價(jià)

參照文獻(xiàn)［8］，以油酸、二乙烯三胺、氯化芐為原料通過兩步脫水法合成油酸咪唑啉季銨鹽，產(chǎn)物為棕褐色粘稠液體。

油酸咪唑啉季銨鹽緩蝕性能的評(píng)價(jià):采用電化學(xué)極化法在660D型電化學(xué)分析儀(上海辰華儀器有限公司)上測(cè)試極化曲線。以飽和甘汞電極作參比電極、鉑電極為輔助電極、標(biāo)準(zhǔn)N80鋼片為工作電極，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行部分涂封使電極的工作面積為2 cm2。每次測(cè)試前以金相砂紙將N80鋼片打磨拋光，并先后用去離子水、乙醇、丙酮進(jìn)行淋洗。測(cè)試溫度為(24±1)℃，掃描范圍相對(duì)開路電位為 -300～300 mV，掃描速度為2 mV·s-1，腐蝕介質(zhì)為含有油酸咪唑啉季銨鹽的1 mol·L-1鹽酸溶液。分別測(cè)定油酸咪唑啉季銨鹽濃度(mg·L-1)為0、5、10、20、40、50、60、80、100時(shí)的緩蝕率。

1.2 油酸咪唑啉季銨鹽的復(fù)配緩蝕性能的評(píng)價(jià)

采用電化學(xué)極化法對(duì)油酸咪唑啉季銨鹽的復(fù)配緩蝕性能進(jìn)行評(píng)價(jià):測(cè)試溫度、掃描范圍及掃描速度同1.1，腐蝕介質(zhì)為含有復(fù)配緩蝕劑的1 mol·L-1鹽酸溶液，復(fù)配緩蝕劑中油酸咪唑啉季銨鹽的濃度設(shè)定為50 mg·L-1，與其復(fù)配的試劑分別為不同濃度的KI、SDBS及PA。

1)于測(cè)試溶液中加入 KI，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%，測(cè)試復(fù)配緩蝕劑的緩蝕率;

2)于測(cè)試溶液中加入SDBS，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%，測(cè)試復(fù)配緩蝕劑的緩蝕率;

3)于測(cè)試溶液中加入 PA，其體積分?jǐn)?shù)分別0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%，測(cè)試復(fù)配緩蝕劑的緩蝕率。

2 結(jié)果與討論

2.1 油酸咪唑啉季銨鹽的緩蝕性能

2.1.1 油酸咪唑啉季銨鹽對(duì)N80鋼片的緩蝕作用

N80鋼片在含有不同濃度油酸咪唑啉季銨鹽的1 mol·L-1鹽酸溶液中的極化曲線見圖1。

圖1 N80鋼片在含有不同濃度油酸咪唑啉季銨鹽的1 mol·L-1鹽酸溶液中的極化曲線Fig.1 Polarization curves of N80 steel sheet in 1 mol·L-1HCl solutions containing different concentrations of oleic acid im idazoline quaternary ammonium salt

由圖1可以看出，隨著油酸咪唑啉季銨鹽的加入，N80鋼片的陰、陽(yáng)極極化曲線均較大幅度向低電流方向偏移，即油酸咪唑啉季銨鹽對(duì)腐蝕反應(yīng)的陰、陽(yáng)極過程都有很大的抑制作用。由于陽(yáng)極過程自腐蝕電流密度下降更為顯著，同時(shí)油酸咪唑啉季銨鹽加入后腐蝕電位發(fā)生正移，因此，可認(rèn)為油酸咪唑啉季銨鹽對(duì)N80鋼片是一種以陽(yáng)極抑制為主的混合型緩蝕劑。2.1.2 油酸咪唑啉季銨鹽濃度對(duì)緩蝕率及N80鋼片的腐蝕速率的影響(圖2)

圖2 油酸咪唑啉季銨鹽濃度對(duì)緩蝕率及N80鋼片腐蝕速率的影響Fig.2 Effect of concentrations of oleic acid im idazoline quaternary ammonium salt on corrosion inhibition rate and corrosion speed for N80 steel sheet

由圖2可以看出，隨著油酸咪唑啉季銨鹽濃度的增大，開始時(shí)腐蝕速率迅速減小，緩蝕率相應(yīng)升高;當(dāng)濃度為50 mg·L-1時(shí)，緩蝕率達(dá)到最高值即92%;繼續(xù)增大濃度，緩蝕率基本保持不變，腐蝕速率也穩(wěn)定在0.2 g·m-2·h-1左右，表明此時(shí)油酸咪唑啉季銨鹽在N80鋼片上的吸附率達(dá)到最大。

2.2 油酸咪唑啉季銨鹽復(fù)配緩蝕劑的緩蝕性能

保持油酸咪唑啉季銨鹽的濃度為50 mg·L-1，將其分別與KI、SDBS及PA以不同質(zhì)量比(或體積比)進(jìn)行復(fù)配，測(cè)試N80鋼片在含有不同復(fù)配緩蝕劑的1 mol·L-1鹽酸溶液中的極化曲線，結(jié)果見圖3。

圖3 N80鋼片在含有不同復(fù)配緩蝕劑的1 mol·L-1鹽酸溶液中的極化曲線Fig.3 Polarization curves of N80 steel sheet in 1 mol·L-1HCl solutions containing different concentrations of com pounded corrosion inhibitor

由圖3可以看出:加入3種復(fù)配試劑后，陰、陽(yáng)極極化曲線均移向低電流一側(cè)，即腐蝕反應(yīng)的陰、陽(yáng)極過程都得到了更大程度的抑制，表明3種復(fù)配試劑與油酸咪唑啉季銨鹽均有一定程度的協(xié)同作用;3種復(fù)配試劑對(duì)腐蝕電位的影響有明顯不同，KI使腐蝕電位略向正移，SDBS使腐蝕電位略向負(fù)移，而PA則使腐蝕電位明顯正移。表明不同復(fù)配試劑的作用機(jī)制不同，KI、PA的復(fù)配更大程度地抑制腐蝕反應(yīng)的陽(yáng)極過程，而SDBS則更多地抑制陰極過程。

對(duì)圖3中的極化曲線進(jìn)行擬合處理，考察3種復(fù)配試劑對(duì)復(fù)配緩蝕劑的緩蝕率及N80鋼片腐蝕速率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 KI(a)、SDBS(b)、PA(c)對(duì)復(fù)配緩蝕劑緩蝕率及N80鋼片腐蝕速率的影響Fig.4 Effect of K I(a)，SDBS(b)，PA(c)on corrosion inhibition rate of compounded corrosion inhibitor and corrosion speed for N80 steel sheet

由圖4可以看出:3種復(fù)配試劑均能提高油酸咪唑啉季銨鹽的緩蝕率，其中PA的復(fù)配效果最佳，當(dāng)其體積分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，復(fù)配緩蝕劑的緩蝕率可高達(dá)99%以上，KI、SDBS的復(fù)配也可使緩蝕率達(dá)到95%以上;3組復(fù)配緩蝕劑緩蝕率的變化有一個(gè)共同的特征，即當(dāng)復(fù)配試劑用量達(dá)到某個(gè)值時(shí)(KI質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、SDBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.8%、PA體積分?jǐn)?shù)為0.3%)，緩蝕率出現(xiàn)一個(gè)峰值，之后緩慢降低。這是因?yàn)椋退徇溥蜻句@鹽分子在鋼片表面形成的吸附膜存在一些空白點(diǎn)，復(fù)配試劑加入后能夠吸附在這些空白點(diǎn)上，通過協(xié)同效應(yīng)形成了更加致密、均勻的吸附膜，從而進(jìn)一步提高了緩蝕率;但復(fù)配試劑加入過多，兩者的協(xié)同效應(yīng)就轉(zhuǎn)為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，鋼片表面局部區(qū)域會(huì)形成復(fù)配試劑的吸附膜而沒有被油酸咪唑啉季銨鹽分子覆蓋，一定程度上破壞了油酸咪唑啉季銨鹽吸附膜的完整性，因而緩蝕率會(huì)下降。

3 結(jié)論

(1)通過電化學(xué)極化法測(cè)試了油酸咪唑啉季銨鹽對(duì)N80鋼片在1 mol·L-1鹽酸溶液中的緩蝕性能。結(jié)果表明:該緩蝕劑是以陽(yáng)極抑制為主的混合型緩蝕劑;當(dāng)其濃度為50 mg·L-1時(shí)，緩蝕率達(dá)到最高值為92%，之后趨于穩(wěn)定。

(2)采用電化學(xué)極化法考察了1 mol·L-1鹽酸溶液中KI、SDBS、PA等3種復(fù)配試劑對(duì)油酸咪唑啉季銨鹽緩蝕率的影響。結(jié)果表明:3種復(fù)配試劑均可提高油酸咪唑啉季銨鹽的緩蝕率，其中PA的復(fù)配效果最佳，當(dāng)其體積分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，復(fù)配緩蝕劑的緩蝕率可高達(dá)99%以上，而KI和SDBS的復(fù)配也可使緩蝕率達(dá)到95%以上。

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［3］ 楊新勇，王國(guó)瑞.咪唑啉型復(fù)配緩蝕劑對(duì)20鋼在高含CO2油田污水中緩蝕行為影響的研究［J］.材料開發(fā)與應(yīng)用，2012，27(1):43-46.

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Study on Com pounded Corrosion Inhibition Performance of Oleic Acid Im idazoline Quaternary Ammonium Salt

LIU Yan，YAN Hong-liang
(School of Chemistry and Biological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China)

With oleic acid，diethylenetriamine and benzyl chloride as starting materials，oleic acid imidazoline quaternary ammonium saltwas synthesized and its corrosion inhibition performance for N80 steel sheetwas investigated in 1 mol·L-1hydrochloric acid solution by electrochemical polarization method.Then KI，sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS)and propargyl alcohol(PA)were mixed with oleic acid imidazoline quaternary ammonium salt respectively to confect three kinds of compounded corrosion inhibitors and their corrosion inhibition ratesweremeasured.Results showed that，when the concentration of oleic acid imidazoline quaternary ammonium saltwas 50 mg·L-1，the corrosion speed of N80 steel sheetwas the slowest，while corrosion inhibition rate wasmaximal，being above 92%.Further increasing concentration of oleic acid imidazoline quaternary ammonium salt，the corrosion inhibition rate tended to be stable.Corrosion inhibition rate of oleic acid imidazoline quaternary ammonium saltwas obviously improved by three kinds of compounded agent.The corrosion inhibition rate of KI and SDBSwas above 95%，the synergistic effect of PA was the best with the corrosion inhibition rate of above 99%.

corrosion inhibitor;imidazoline quaternary ammonium salt;compound;corrosion inhibition rate

TQ 050.96 TG 174.42

A

1672-5425(2015)02-0060-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2015.02.015

2014-10-16

劉燕(1988-)，女，山西晉中人，碩士研究生，研究方向:咪唑啉類緩蝕劑，E-mail:liuyan390@126.com;通訊作者:閆紅亮，副教授，E-mail:hongliangyan@ustb.edu.cn。