咪唑啉缓蚀剂工艺条件优化及效果
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第４３卷 第１期 ２０２１年 １月
沈 阳 工 业 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
பைடு நூலகம்
Ｖｏｌ４３Ｎｏ１ Ｊａｎ２０２１
ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１６４６．２０２１．０１．０５
咪唑啉缓蚀剂工艺条件优化及效果
龙小柱，徐 妍，高鹏飞
（沈阳化工大学 化学工程学院，沈阳 １１０１４２）
摘 要：在减缓金属腐蚀的研究中，为了缓解在酸性溶液、碱性溶液以及大气、土壤等介质中金属腐 蚀较为严重的问题，对咪唑啉类缓蚀剂进行了工艺条件优化．采用静态失重法研究了碳钢在加入了 缓蚀剂的盐酸溶液中的缓蚀性能．在最佳合成条件下苯甲酸与二乙烯三胺最佳摩尔比为 １∶１３，催化 剂质量分数为 １２％，环化时间为 １ｈ，咪唑啉中间体与氯化苄的最佳摩尔比为 １∶１１，季铵化反应时 间为 １ｈ，季铵化反应温度为 ７０℃，缓蚀剂的最佳质量分数为 １％，最终缓蚀率可以达到 ９９３７％． 关 键 词：缓蚀剂；腐蚀；工艺条件；静态失重法；盐酸溶液；咪唑啉；缓蚀率；缓蚀性能 中图分类号：ＴＱ０５０ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２１）０１－００２２－０７
收稿日期：２０１８－１１－２２． 基金项目：国家自然科学基金项目（６１４０３２６３）． 作者简介：龙小柱（１９６５－），男，湖南株洲人，教授，博士，主要从事石油添加剂、功能材料、冶金物理化学等方面的研究．
本文已于 ２０１９－１０－１６１６∶３１在 中 国 知 网 优 先 数 字 出 版．网 络 出 版 地 址：ｈｔｔｐ：∥ ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２１．１１８９．Ｔ． ２０２０１２２１．１１１８．０２６．ｈｔｍｌ
相比涂层、阴极保护等防腐方法，缓蚀剂防腐 方法具有经济投入低、防腐效果显著的特点［１－３］． 咪唑啉及其衍生物对碳钢等金属在盐酸介质中具 有优良的缓蚀性能，是高效的有机缓蚀剂，且对油 田中产生的 Ｈ２Ｓ、ＣＯ２ 腐蚀也具有良好的抑制作 用［４］，同时因其原料易得，反应流程简单，在众多 的缓蚀剂中 表 现 尤 为 突 出 ［５－８］，因 而 广 泛 应 用 于 石油、天然气工业．为了改善咪唑啉缓蚀剂的缓蚀 效果，人们通过添加不同反应物并控制催化剂含 量不断对咪唑啉缓蚀剂进行优化，并对其生产工
加入苯甲酸和适量二甲苯，使其充分混合，之 后加入催化剂硼酸并滴加二乙烯三胺．酰胺化反 应中羧酸与多胺进行脱水氨解反应生成酰胺，之 后升高温度进行环化反应，脱去一分子水从而得 到咪唑啉中间体．得到的咪唑啉中间体产物主要
是油溶性的，但在现实使用中缓蚀剂不仅需要在 油相中具有一定的溶解性能，还要求其在水相中 也具有一定的溶解性能．季铵化反应过程中会在 缓蚀剂上链接一个亲水基团增加其溶解性．二甲 苯既可与水产生共沸，又可以增加反应中间体杂 环氮的溶解性，使水脱离反应体系，从而使反应向 正反应方向进行，因而有利于提高产物的产率．咪 唑啉季铵盐缓蚀剂的制备中涉及到的具体化学反 应为
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｌｌｅｖｉａｔｅｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆｍｅｔａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎａｃｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｌｋａｌｉｎｅｓｏｌｕｔｉｏｎ， ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｓｏｉｌ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｉｎｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙａｓｔａｔｉｃ ｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｆｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄｔｏｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｔｒｉａｍｉｎｅｉｓ１∶１３，ｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｃａｔａｌｙｓｔｉｓ１２％，ｔｈｅｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅｉｓ１ｈ，ａｎｄ ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｆｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｔｏｂｅｎｚｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｉｓ１∶１１．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅｉｓ１ｈ，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｑｕａｔｅｒｎｉｚａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ７０℃，ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒｉｓ１％，ａｎｄｔｈｅｆｉｎａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｒａｔｅｉｓ９９３７％．
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第 １期
龙小柱，等：咪唑啉缓蚀剂工艺条件优化及效果
２３
苯、氯化苄、石油醚、异丙醇、无水乙醇和硼酸，以 上试剂均为分析纯．实验对象为标准 Ａ３钢片．主 要实验仪器包括电热鼓风干燥箱和红外光谱仪． １２ 缓蚀剂的制备及原理
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｃｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｍｅｔｈｏｄ；ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｒａｔｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
艺、原料来源等进行探究，使其更加符合人们对绿 色缓蚀剂的性能要求［９－１０］．本文主要研究咪唑啉 中间体合成和季铵化反应的最佳工艺条件．通过 失重法［１１－１５］评价咪唑啉缓蚀剂在 １５％盐酸中对 Ａ３钢的缓蚀效果并对其进行表征．
１ 实 验
１１ 实验原料及仪器 主要实验原料包括苯甲酸、二乙烯三胺、二甲
Ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｆｆｅｃｔｏｆｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒ
ＬＯＮＧ Ｘｉａｏｚｈｕ，ＸＵ Ｙａｎ，ＧＡＯ Ｐｅｎｇｆｅｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１４２，Ｃｈｉｎａ）
沈 阳 工 业 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
பைடு நூலகம்
Ｖｏｌ４３Ｎｏ１ Ｊａｎ２０２１
ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１６４６．２０２１．０１．０５
咪唑啉缓蚀剂工艺条件优化及效果
龙小柱，徐 妍，高鹏飞
（沈阳化工大学 化学工程学院，沈阳 １１０１４２）
摘 要：在减缓金属腐蚀的研究中，为了缓解在酸性溶液、碱性溶液以及大气、土壤等介质中金属腐 蚀较为严重的问题，对咪唑啉类缓蚀剂进行了工艺条件优化．采用静态失重法研究了碳钢在加入了 缓蚀剂的盐酸溶液中的缓蚀性能．在最佳合成条件下苯甲酸与二乙烯三胺最佳摩尔比为 １∶１３，催化 剂质量分数为 １２％，环化时间为 １ｈ，咪唑啉中间体与氯化苄的最佳摩尔比为 １∶１１，季铵化反应时 间为 １ｈ，季铵化反应温度为 ７０℃，缓蚀剂的最佳质量分数为 １％，最终缓蚀率可以达到 ９９３７％． 关 键 词：缓蚀剂；腐蚀；工艺条件；静态失重法；盐酸溶液；咪唑啉；缓蚀率；缓蚀性能 中图分类号：ＴＱ０５０ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２１）０１－００２２－０７
收稿日期：２０１８－１１－２２． 基金项目：国家自然科学基金项目（６１４０３２６３）． 作者简介：龙小柱（１９６５－），男，湖南株洲人，教授，博士，主要从事石油添加剂、功能材料、冶金物理化学等方面的研究．
本文已于 ２０１９－１０－１６１６∶３１在 中 国 知 网 优 先 数 字 出 版．网 络 出 版 地 址：ｈｔｔｐ：∥ ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２１．１１８９．Ｔ． ２０２０１２２１．１１１８．０２６．ｈｔｍｌ
相比涂层、阴极保护等防腐方法，缓蚀剂防腐 方法具有经济投入低、防腐效果显著的特点［１－３］． 咪唑啉及其衍生物对碳钢等金属在盐酸介质中具 有优良的缓蚀性能，是高效的有机缓蚀剂，且对油 田中产生的 Ｈ２Ｓ、ＣＯ２ 腐蚀也具有良好的抑制作 用［４］，同时因其原料易得，反应流程简单，在众多 的缓蚀剂中 表 现 尤 为 突 出 ［５－８］，因 而 广 泛 应 用 于 石油、天然气工业．为了改善咪唑啉缓蚀剂的缓蚀 效果，人们通过添加不同反应物并控制催化剂含 量不断对咪唑啉缓蚀剂进行优化，并对其生产工
加入苯甲酸和适量二甲苯，使其充分混合，之 后加入催化剂硼酸并滴加二乙烯三胺．酰胺化反 应中羧酸与多胺进行脱水氨解反应生成酰胺，之 后升高温度进行环化反应，脱去一分子水从而得 到咪唑啉中间体．得到的咪唑啉中间体产物主要
是油溶性的，但在现实使用中缓蚀剂不仅需要在 油相中具有一定的溶解性能，还要求其在水相中 也具有一定的溶解性能．季铵化反应过程中会在 缓蚀剂上链接一个亲水基团增加其溶解性．二甲 苯既可与水产生共沸，又可以增加反应中间体杂 环氮的溶解性，使水脱离反应体系，从而使反应向 正反应方向进行，因而有利于提高产物的产率．咪 唑啉季铵盐缓蚀剂的制备中涉及到的具体化学反 应为
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｌｌｅｖｉａｔｅｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆｍｅｔａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎａｃｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｌｋａｌｉｎｅｓｏｌｕｔｉｏｎ， ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｓｏｉｌ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｉｎｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙａｓｔａｔｉｃ ｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｆｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄｔｏｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｔｒｉａｍｉｎｅｉｓ１∶１３，ｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｃａｔａｌｙｓｔｉｓ１２％，ｔｈｅｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎｔｉｍｅｉｓ１ｈ，ａｎｄ ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｍｏｌａｒｒａｔｉｏｏｆｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｔｏｂｅｎｚｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｉｓ１∶１１．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅｉｓ１ｈ，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｑｕａｔｅｒｎｉｚａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ７０℃，ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍ ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒｉｓ１％，ａｎｄｔｈｅｆｉｎａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｒａｔｅｉｓ９９３７％．
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第 １期
龙小柱，等：咪唑啉缓蚀剂工艺条件优化及效果
２３
苯、氯化苄、石油醚、异丙醇、无水乙醇和硼酸，以 上试剂均为分析纯．实验对象为标准 Ａ３钢片．主 要实验仪器包括电热鼓风干燥箱和红外光谱仪． １２ 缓蚀剂的制备及原理
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｃｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｍｅｔｈｏｄ；ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｒａｔｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
艺、原料来源等进行探究，使其更加符合人们对绿 色缓蚀剂的性能要求［９－１０］．本文主要研究咪唑啉 中间体合成和季铵化反应的最佳工艺条件．通过 失重法［１１－１５］评价咪唑啉缓蚀剂在 １５％盐酸中对 Ａ３钢的缓蚀效果并对其进行表征．
１ 实 验
１１ 实验原料及仪器 主要实验原料包括苯甲酸、二乙烯三胺、二甲
Ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｆｆｅｃｔｏｆｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｈｉｂｉｔｏｒ
ＬＯＮＧ Ｘｉａｏｚｈｕ，ＸＵ Ｙａｎ，ＧＡＯ Ｐｅｎｇｆｅｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１４２，Ｃｈｉｎａ）