β-胺基醇?xì)庀嗑徫g劑的合成及其緩蝕機(jī)理研究.pdf

1、氣相緩蝕劑作為一種揮發(fā)性緩蝕劑，在常溫下能自動揮發(fā)出具有緩蝕作用的粒子，從而抑制金屬的大氣腐蝕。適應(yīng)人類社會可持續(xù)發(fā)展的要求，開發(fā)高效、低毒、環(huán)境友好的氣相緩蝕劑已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。 本文通過烷基化反應(yīng)，合成了分子中含有多活性吸附中心的β-胺基醇化合物，即1- (4-嗎啉基) -2 丙醇 (MP)、1,3-二 (4-嗎啉基) -2 丙醇 (DMP)、1-二乙胺基-2丙醇 (EAP)、1,3-雙-二乙胺基-2 丙醇 (DEAP)、

2、1,3-雙-二丙胺基-2 丙醇 (DPAP) 和1,3-雙-二丁胺基-2 丙醇 (DBAP)。采用失重實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)測試、表面分析和量子化學(xué)密度泛函理論 (DFT) 計(jì)算研究了β-胺基醇緩蝕劑在模擬大氣腐蝕水薄層電解液下對黃銅和碳鋼的緩蝕行為和機(jī)理，并對β-胺基醇緩蝕劑的構(gòu)效相關(guān)性進(jìn)行了探討。 極化曲線測量結(jié)果表明，β-胺基醇緩蝕劑能夠抑制黃銅在模擬大氣腐蝕水薄層電解液下的活性溶解，拓寬鈍化電位區(qū)間，屬于陽極型緩蝕劑。極化曲線測量

3、后發(fā)現(xiàn)，黃銅在模擬大氣腐蝕水中 Zn<'2+>濃度為 0.0592 mg/L，脫鋅指數(shù)為 0.94；而在 10<'-2>M 的 DMP和 DEAP 溶液中 Zn<'2+>濃度為 0.00143 mg/L 和 0.00119 mg/L，脫鋅指數(shù)分別降至 0.027 和0.022。交流阻抗分析表明，黃銅在添加β-胺基醇緩蝕劑的模擬大氣腐蝕水薄層電解液下的容抗弧均為下沉的半圓，電荷反應(yīng)電阻R<,ct>值隨緩蝕劑濃度、浸泡時(shí)間和烷基鏈長的增加而

4、增大。推導(dǎo)出β-胺基醇緩蝕劑在黃銅表面的吸附遵循 Langmuir 吸附等溫式。 黃銅的緩蝕效率隨β-胺基醇緩蝕劑濃度和烷基鏈長的增加而提高。在 10<'-2>M 的 MP、DMP、DEAP、DPAP 和 DBAP 溶液中，緩蝕效率分別達(dá)到 84.0％、86.2％、94.3％、95.7％和97.2％。發(fā)現(xiàn)β-胺基醇緩蝕劑在黃銅表面 Zn 元素區(qū)域富集，形成耐蝕性較強(qiáng)的絡(luò)合物膜層，從而有效地抑制模擬大氣腐蝕水薄層電解液下 Zn 元

5、素的選擇性溶解。 將DFT計(jì)算首次引入β-胺基醇緩蝕體系的吸附過程研究。β-雜環(huán)胺基醇緩蝕劑MP 分子中C<,1>、C<,2>、C<,3>和C<,4>上的氫原子空間位阻較大，使該分子的HOMO軌道與黃銅d軌道的成鍵穩(wěn)定性降低，表明在黃銅表面的吸附作用較弱。而 DMP 分子由于嗎啉基的誘導(dǎo)效應(yīng)，使C<,8>、C<,9>、C<,11>和C<,12>上的氫原子空間位阻減小，使該分子的 HOMO 軌道與黃銅 d 軌道的成鍵牢固，說明在黃

6、銅表面的吸附作用較強(qiáng)。β-脂肪胺基醇緩蝕劑 EAP 分子中 N<,3>和O<,9>原子 HOMO 軌道上的電子容易躍遷，與黃銅 d 軌道成鍵。由于氫原子主要分布在活性吸附中心位置，使該分子的疏水阻擋作用較差。DEAP 分子中的 N<,38>、N<,39>和O<,40>原子HOMO軌道上的電子容易發(fā)生躍遷，與黃銅d軌道成鍵。由于氫原子主要分布活性吸附中心的一側(cè)，使該分子具有較強(qiáng)的疏水阻擋作用。 β-胺基醇緩蝕劑 DMP 和 DEA

7、P 能抑制碳鋼在模擬大氣腐蝕水薄層電解液下的陽極溶解，改善陽極極化性能，屬于陽極型緩蝕劑。DMP 濃度為5×10<'-2>M 時(shí)，碳鋼的緩蝕效率為86.9％，而 DEAP 濃度為2.5×10<'-2>M 時(shí)，其緩蝕效率達(dá)到95.0％。DMP 和 DEAP 分子的靜電位圖和 Mulliken 電荷分布發(fā)現(xiàn)，DMP 分子中的對稱吸附中心 N<,1> 和 N<,7>及 O<,4> 和O<,10>電荷值較為接近，在碳鋼表面以水平型吸附為主。DE