含氮杂环季铵盐Gemini表面活性剂的合成及性能研究

发布时间：2019-09-02 09:46

【摘要】：经济快速发展,能源需求量日益扩大。管道及设备的使用越来越多,由于腐蚀导致金属制品受到破坏无法继续使用,给工业生产带来许多不必要的麻烦。目前加入一些缓蚀剂是防治金属腐蚀的有效方法之一。季铵盐以其较好的杀菌效果、较低的毒性、良好的水溶性、广泛的生物活性等优点,逐渐出现在人们的视野中。其中含氮杂环季铵盐化合物在工业生产中的应用尤为广泛。此外,可降解的含酯基化合物作为一种环境友好型化合物,也逐渐引起了人们的注意。本文首先通过阶梯升温法,以二甲苯为携水剂,油酸和羟乙基乙二胺为原料合成了含羟基的咪唑啉,并研究了油酸和羟乙基乙二胺的物质的量之比、携水剂种类、携水剂含量及温度对咪唑啉产率的影响,确定了合成羟基咪唑啉的最佳条件。测定了合成物的熔点,并通过红外光谱和核磁共振氢谱对其结构进行表征。再以自制咪唑啉和己二酰氯为原料,以二氯甲烷为溶剂,三乙胺为缚酸剂反应生成对应的酸酯,之后以氯乙酸为季铵化试剂合成含氮杂环季铵盐双子(Gemini)表面活性剂。通过红外光谱和核磁共振氢谱对合成的产物结构进行表征。并研究了其在水溶液中的分散性,在水溶液中对苯的乳化能力,及其在水溶液中的起泡能力及产生的泡沫的稳定性,亲水亲油平衡(HLB)值,采用吊环法测定该表面活性剂的表面张力和临界胶束浓度等表面活性。并通过静态挂片失重法、极化曲线、电化学阻抗谱法采用控制变量法分别研究了不同温度、不同浓度的该缓蚀剂、不同质量分数的盐酸溶液对该物质在腐蚀介质中对Q235钢片的缓蚀性能的影响,并通过简单计算对其缓蚀机理进行了初步探讨。另外还通过扫描电镜观察了Q235钢片在加入缓蚀剂和未加缓蚀剂的盐酸溶液中的腐蚀形貌。实验表明,合成羟基咪唑啉的最佳条件为:油酸和羟乙基乙二胺的物质的量之比为1:1.2,100 mL三口烧瓶中,加入20 mL二甲苯做携水剂,采用程序升温法由120℃开始,每两个小时升温一次直至220℃反应12个小时。测定所合成物质的熔点约为83℃,红外光谱及核磁共振氢谱对其结构进行表征,证明该物质为羟基咪唑啉。红外光谱和核磁共振氢谱对合成的含氮杂环季铵盐双子表面活性剂进行结构表征,也证明含氮杂环季铵盐双子表面活性剂已合成。表面活性测试结果表明,所合成的含氮杂环季铵盐双子(Gemini)表面活性剂在水溶液中分散性良好,对苯的乳化能力强,在水中的起泡能力较强且形成的泡沫稳定,吊环法测得其表面张力为33.67 mN·m-1,临界胶束浓度为1.5×10-3 mol/L,表面活性良好。静态挂片失重法结果表明,60℃时,在质量分数为15%的100 mL HCl溶液中随着该含氮杂环季铵盐双子表面活性剂浓度的增大,金属的腐蚀速率下降,缓蚀率显著提高,当缓蚀剂的用量为90 mg/L时,缓蚀率可达91.12%。极化曲线和电化学阻抗谱测试结果表明,该缓蚀剂为混合型缓蚀剂,且通过“几何覆盖效应”在金属表面形成保护膜而减缓金属的腐蚀速率,并且通过热力学和动力学方面的计算研究得该缓蚀剂在金属表面的吸附方式为物理吸附。扫描电镜分别对浸渍在未加缓蚀剂和添加了缓蚀剂的盐酸腐蚀介质中一段时间以后的Q235钢片表面形貌的观察表征,有力地证明了该含氮杂环季铵盐双子(Gemini)表面活性剂具有良好的缓蚀性能。
【图文】：

图1-1双子表面活性剂的结构

含氮杂环季铵盐Gemini表面活性剂的合成及性能研究

Q235钢片在未添加缓蚀剂的腐蚀液中浸泡一定时间后的表面形貌
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.42

【参考文献】