2-苯基咪唑啉在常見酸洗液中對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

李海云，王永壘，許濤，徐葉平

（黃山學院化學化工學院，安徽黃山245041）

2-苯基咪唑啉在常見酸洗液中對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

李海云，王永壘，許濤，徐葉平

（黃山學院化學化工學院，安徽黃山245041）

采用靜態(tài)失重法研究2-苯基咪唑啉作為緩蝕劑（40℃恒溫時）在5%鹽酸、5%硫酸及5%硝酸介質(zhì)中對20#、45#碳鋼的緩蝕行為，確定了2-苯基咪唑啉在各種酸性條件下的最佳添加量，并研究了在不同酸性溶液中復合型緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對20#、45#碳鋼材質(zhì)的緩蝕性能。結(jié)果表明2-苯基咪唑啉在上述3種酸性介質(zhì)中對20#碳鋼，45#碳鋼均具有一定的緩蝕作用，其中KI成分對2-苯基咪唑啉具有協(xié)同緩蝕效果。

2-苯基咪唑啉；靜態(tài)失重法；20#碳鋼；45#碳鋼

0 引言

在油田的酸化及化工設(shè)備的酸洗環(huán)節(jié)，金屬腐蝕常常無法避免，最常用的方法就是向酸性清洗液中添加酸洗緩蝕劑[1-4]。其中，長鏈咪唑啉類緩蝕劑[5-7]是環(huán)境友好緩蝕劑，具有高效、低毒的特點，是一種性能優(yōu)良的緩蝕劑。2-苯基咪唑啉作為短鏈咪唑啉化合物，成本較低，目前主要用作粉末涂料的環(huán)氧固化劑[8]，作為緩蝕劑成分進行研究報道的較少。本實驗采用靜態(tài)失重法研究2-苯基咪唑啉在40℃恒溫環(huán)境下分別在10%鹽酸、10%硫酸溶液及5%的硝酸中對20#碳鋼及45#碳鋼的緩蝕行為，通過實驗確定2-苯基咪唑啉在上述各種酸性條件下的最佳使用量，并研究了在不同酸性溶液中，復合型緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對20#、45#碳鋼材質(zhì)的緩蝕性能，從而為其工業(yè)緩蝕應(yīng)用提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

2-苯基咪唑啉（工業(yè)品，黃山華惠科技有限公司）、鹽酸、硫酸、硝酸均為分析純，20#、45#碳鋼腐蝕掛片(28cm2，揚州市祥瑋機械有限公司)。

1.2 緩蝕性能評價

在40℃下，分別將20#、45#碳鋼掛片放入含不同2-苯基咪唑啉緩蝕劑濃度的酸洗介質(zhì)中浸泡一段時間（浸泡腐蝕時間為：5%鹽酸，2h;5%硫酸,2h;5%硝酸,0.5h），每組3個平行樣；待實驗結(jié)束，將腐蝕掛片取出，并依次用乙醇、丙酮清洗，快速干燥并稱重。按公式分別計算20#、45#碳鋼腐蝕掛片的腐蝕率，式中：v表示腐蝕率，g·m-2·h-1；

△w表示實驗前后被腐蝕試樣的重量差值，g；

S表示試樣的表觀面積，m2；

t表示浸泡試驗時間，h。

2-苯基咪唑啉緩蝕劑在不同酸性溶液中對20#、45#碳鋼材質(zhì)的緩蝕率計算如下：

式中：η表示緩蝕率，%；

v1，v0分別表示腐蝕掛片在有無緩蝕劑時的腐蝕率，g/(m2·h)。

2 結(jié)果與討論

2.1 5%HCl溶液中2-苯基咪唑啉的量對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

圖1 5%HCl溶液中2-苯基咪唑啉的量對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

由圖1可知，在5%HCl溶液中，隨著2-苯基咪唑啉量的加大，對20#碳鋼及45#碳鋼的緩蝕性能基本為先快速增加而后趨于穩(wěn)定。當2-苯基咪唑啉的添加量為0.9%時，其對20#碳鋼掛片在5%鹽酸中的緩蝕率達到了75%，對45#碳鋼腐蝕掛片的緩蝕率達到了77%，隨著2-苯基咪唑啉量的繼續(xù)增加，其對20#碳鋼及45#碳鋼在5%鹽酸中的緩蝕率增加均不明顯。這是由于當緩蝕劑量不足時，在金屬表面無法形成較好的沉積膜，腐蝕較快，此時，隨著2-苯基咪唑啉量的繼續(xù)增加，在腐蝕掛片的表面逐漸形成了有效的緩蝕膜，緩蝕率急劇提高。因此，在5%HCl溶液中，適宜的2-苯基咪唑啉的添加量為0.9%。

2.2 5%H2SO4中2-苯基咪唑啉的加入量對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

如圖2是5%H2SO4中2-苯基咪唑啉的加入量對20#、45#碳鋼的緩蝕性能的關(guān)系圖，從圖2可以看出，隨著2-苯基咪唑啉添加量的增加，其對20#及45#碳鋼掛片的緩蝕率出現(xiàn)起初增加較快而后變化不明顯的趨勢。當2-苯基咪唑啉的添加量為0.6%時，其在5%硫酸溶液中對20#碳鋼的緩蝕率達到96%，繼續(xù)增大2-苯基咪唑啉的添加量至0.75%，其對20#碳鋼的緩蝕率達到最大，為98%，此后繼續(xù)增加2-苯基咪唑啉的量，20#碳鋼緩蝕率變化不大。同樣地，當2-苯基咪唑啉的添加量為0.6%時，其在5%硫酸溶液中對45#碳鋼的緩蝕率幾乎達到最大，為98%，此后繼續(xù)增加2-苯基咪唑啉的量，45#碳鋼緩蝕率變化較小。因此，在5%硫酸溶液中，對于20碳鋼來說，最佳的2-苯基咪唑啉的添加量為0.75%；對于45#碳鋼來說，最佳的2-苯基咪唑啉的添加量為0.6%。

圖2 5%H2SO4溶液中2-苯基咪唑啉的量對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

2.3 5%HNO3中2-苯基咪唑啉的加入量對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

圖3 5%HNO3溶液中2-苯基咪唑啉的添加量對20#、45#碳鋼的緩蝕性能

從圖3可看出，在5%硝酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉對20#及45#碳鋼的緩蝕效率均隨著其添加量的增加而增大，最后呈平緩趨勢。當2-苯基咪唑啉的添加量由0.9%增加到1.2%時，20#碳鋼的緩蝕率從71.84%增加到73.93%，而45#碳鋼的緩蝕率則由83.62%增加到85.12%，緩蝕率增加不明顯。因此，針對20#及45#碳鋼腐蝕掛片，在5%硝酸溶液中，適宜的2-苯基咪唑啉的添加量為0.9%。

2.4 復合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對20#碳鋼的緩蝕性能

為了降低緩蝕成本，在實驗中，我們使用KI作為復合物，在保持緩蝕劑總添加量為0.6%的條件下，來研究復合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對20#碳鋼的緩蝕性能及協(xié)同緩蝕效應(yīng)，結(jié)果見圖4。

圖4 2-苯基咪唑啉/KI對20#碳鋼的緩蝕性能

從圖4可以看出，分別在5%的鹽酸、5%硫酸及5%硝酸介質(zhì)中，保持緩蝕劑總添加量為0.6%不變的情況下，2-苯基咪唑啉/KI復合緩蝕劑對20#碳鋼的緩蝕率因組分質(zhì)量配比的不同而有所差異。對于3種酸性腐蝕介質(zhì)來說，當復合適量的KI后，復合緩蝕劑對20#碳鋼的緩蝕率均出現(xiàn)輕微上升趨勢，較單獨的2-苯基咪唑啉緩蝕效率要高，而后隨著KI添加量的繼續(xù)增加，復合緩蝕劑對20#碳鋼的緩蝕率又出現(xiàn)下降。這說明2-苯基咪唑啉與KI存在著一定的協(xié)同效應(yīng)，因此，在5%鹽酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的最優(yōu)質(zhì)量比為6:4；在5%硫酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的最優(yōu)質(zhì)量比為8:2；在5%硝酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的最優(yōu)質(zhì)量比為7:3。

2.5 復合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對45#碳鋼的緩蝕性能

在實驗中，我們使用KI作為復合物，在保持緩蝕劑總添加量為0.6%的條件下，研究了復合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對45#碳鋼的緩蝕性能，結(jié)果見圖5。

圖5 2-苯基咪唑啉/KI對45#碳鋼的緩蝕性能

由圖5可知，在緩蝕劑總量為0.6%的情況下，2-苯基咪唑啉和KI的質(zhì)量配比對45#碳鋼在5%的鹽酸、5%硫酸及5%硝酸介質(zhì)中的緩蝕效率有一定的影響。對于3種酸性腐蝕介質(zhì)來說，當復合適量的KI后，復合緩蝕劑對20#碳鋼的緩蝕率均出現(xiàn)輕微上升趨勢，但在5%的硫酸介質(zhì)中，KI的加入對45#碳鋼緩蝕率的提高并不明顯，這可能是2-苯基咪唑啉自身在5%硫酸介質(zhì)中對45#碳鋼緩蝕效率較高的緣故。因此，要達到節(jié)約成本與緩蝕率兼顧的情況下，在5%鹽酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的適宜質(zhì)量比為6:4；在5%硫酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的適宜質(zhì)量比為8:2；在5%硝酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的適宜質(zhì)量比為7:3。

3 結(jié)論

1.2-苯基咪唑啉對20#、45#碳鋼的緩蝕結(jié)果表明：在5%鹽酸溶液中，最佳的添加量為0.9%，其對20#及45#碳鋼的緩蝕率分別為75%，77%；在5%硫酸溶液中，最佳的添加量為0.6%，其對20#及45#碳鋼的緩蝕率分別為96%，98%；在5%硝酸溶液中，最佳的添加量為0.9%，其對20#及45#碳鋼的緩蝕率分別為72%，84%。

2.通過添加KI作為增效成分，在3種酸液中，保持2-苯基咪唑啉/KI復合緩蝕劑的添加量為0.6%不變的情況下，在5%鹽酸溶液中，最佳的2苯基咪唑啉與KI質(zhì)量比為6:4；在5%硫酸溶液中，對于20#、45#碳鋼材質(zhì)來說，最佳的2苯基咪唑啉與KI質(zhì)量配比為8:2；在5%硝酸溶液中，對于20#、45#碳鋼材質(zhì)來說，最佳的2苯基咪唑啉與KI質(zhì)量配比為7:3。

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The Corrosion Inhibition Performance of 2-phenyl-imidazoline on the 20#and 45#Carbon Steel in Common Acid Solutions

Li Haiyun,Wang Yonglei,Xu Tao,Xu Yeping
(School of Chemistry&Chemical Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

The corrosion inhibition performance of 2-phenyl-imidazoline as inhibitor(at 40℃)on the 20#and 45#carbon steel in different acid solutions(5%H2SO4,5%HNO3,5%HCl)are studied,and the optimal amount of 2-phenyl-imidazoline is also determined by static weight loss method.The results show that in the above three acidic media,2-phenylimidazoline has certain inhibition effect,andKI also has a synergistic inhibition effect on carbon steel 20#and 45#carbon steel.

2-phenyl-imidazoline;weight loss method;20#carbon steel;45#carbon steel

TQ085;TG174

A

1672-447X(2017)05-0037-004

2016-11-01

安徽省自然科學研究項目（KJHS2017B11）；安徽省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201510375015)；黃山學院自然科學研究項目(2015xkjq002)

李海云（1981-），河南開封人，碩士，黃山學院化學化工學院助教，研究方向為緩蝕劑開發(fā)。

責任編輯：胡德明