具表面活性噻唑衍生物的合成及对酸洗工艺中碳钢的缓蚀性能与机理研究

发布时间：2017-05-23 16:08

  本文关键词：具表面活性噻唑衍生物的合成及对酸洗工艺中碳钢的缓蚀性能与机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：酸洗是常用的有效去除金属表面锈垢的方法之一,但酸洗往往会造成金属基底的腐蚀。针对酸洗工艺中碳钢的腐蚀问题,研制了两种具有表面活性的噻唑类缓蚀剂。除了依靠噻唑本身在金属表面的吸附外,表面活性剂的极性基团会定向吸附在液固界面,使有效吸附厚度增加,具有用量少而效率高的特点。以三聚氯氰、不同碳原子数的直链脂肪胺、2-巯基苯并噻唑(MBT)、N,N-二甲基-1,3-丙二胺为原料,合成了两种具有表面活性的噻唑衍生物:2-正己胺基-4-(3-二甲胺基-丙胺基)-6-苯并噻唑-2-基-硫基)-1,3,5-均三嗪(CHMN),2-正辛胺基-4-(3-二甲胺基-丙胺基)-6-苯并噻唑-2-基-硫基)-1,3,5-均三嗪(COMN),采用FT-IR、ESI-MS、~1H NMR对二者的结构进行了表征。MBT在一定程度上能降低盐酸溶液的表面张力,随着其浓度由0.005mM提高到1mM,盐酸溶液的表面张力由72.45mN/m降至52.99mN/m。随着CHMN浓度由5×10~(-4)mM提高到1mM,盐酸溶液的表面张力由67.74mN/m降至41.19mN/m,临界胶束浓度cmc以及对应浓度下的最低表面张力(γcmc)分别为0.5mM,41.67mN/m。随着COMN浓度由0.005mM提高到0.2mM,盐酸溶液的表面张力由62.34mN/m降至32.09mN/m,cmc及γcmc分别为0.1mM,32.17mN/m。通过静态失重实验、电化学阻抗谱、动电位极化曲线及超景深三维显微技术研究了MBT、CHMN和COMN在1M HCl中对45#碳钢的缓蚀效果。结果表明:缓蚀剂的缓蚀效率随着浓度的提高而提高,随着温度的升高而降低。COMN的缓蚀效果最佳,CHMN次之,MBT最差。20oC时,不同方法所得到的0.2mM的COMN的缓蚀效率都在98%以上;随着温度升高至50oC,其缓蚀效率降低至30%以下。COMN和CHMN的缓蚀机理不同于MBT,MBT是阴极型碳钢的不良缓蚀剂,而CHMN和COMN是以阴极为主的混合型优异缓蚀剂。超景深三维显微成像中,加入COMN的盐酸溶液中碳钢表面蚀坑深度最小,表面状态最接近未腐蚀试片。采用静态失重方法研究缓蚀剂的吸附热力学:盐酸中MBT在碳钢表面的吸附符合Freundlich等温吸附;CHMN与COMN在碳钢表面的吸附符合Langmiur等温吸附,吸附过程是自发进行的,温度升高不利于吸附过程的进行;CHMN和COMN在碳钢表面的吸附是物理吸附与化学吸附共同作用的结果;相比于CHMN,COMN更容易在碳钢表面吸附。利用量子化学计算中的密度泛函理论(DFT)方法研究了缓蚀剂的构效关系,结果表明:随着疏水链上碳原子数由6增加到8,COMN的最高占据轨道能量(EHOMO)高于CHMN,其结构中的不饱和双键及杂原子更容易给出电子与金属空轨道成键而形成吸附膜;COMN最低空轨道能量(ELUMO)低于CHMN,分子中的苯环结构更容易接受电子与金属形成反馈键而提高吸附的强度;COMN分子能级间隙ΔE较小,偶极矩μ较大,在腐蚀介质中较CHMN活泼,更容易代替水分子吸附于碳钢表面。
【关键词】：噻唑衍生物 表面活性 碳钢酸洗 缓蚀 吸附 量子化学
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.42;O626
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-21
• 1.1 金属腐蚀与防护10-11
• 1.2 金属缓蚀剂研究进展11-19
• 1.2.1 缓蚀剂的定义及分类11-13
• 1.2.2 缓蚀剂性能常用评价方法13-14
• 1.2.3 酸洗缓蚀剂14-19
• 1.2.3.1 盐酸酸洗缓蚀剂16-17
• 1.2.3.2 碳钢盐酸酸洗缓蚀剂17-19
• 1.3 选题依据及主要研究内容19-21
• 第二章 具表面活性噻唑衍生物的合成和表征21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 实验试剂与仪器21-22
• 2.2.1 实验试剂21
• 2.2.2 实验仪器21-22
• 2.3 实验部分22-28
• 2.3.1 合成路线22-23
• 2.3.2 实验步骤23-24
• 2.3.3 合成路线的确定24-28
• 2.4 产物结构表征28-33
• 2.4.1 ~1H NMR谱图分析28-30
• 2.4.2 FT-IR谱图分析30-32
• 2.4.3 ESI-MS谱图分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 具表面活性噻唑衍生物对酸洗工艺中碳钢的缓蚀性能及机理研究34-73
• 3.1 引言34
• 3.2 实验试剂与仪器34-35
• 3.2.1 实验试剂34
• 3.2.2 实验仪器34-35
• 3.3 实验部分35-37
• 3.3.1 表面张力的测定35
• 3.3.2 静态失重实验35-36
• 3.3.3 电化学实验36-37
• 3.3.4 表面形貌分析37
• 3.3.5 量子化学计算37
• 3.4 结果与讨论37-70
• 3.4.1 表面张力测试分析37-40
• 3.4.2 静态失重实验40-46
• 3.4.3 电化学实验46-56
• 3.4.3.1 电化学阻抗谱46-53
• 3.4.3.2 动电位极化曲线53-56
• 3.4.4 表面形貌分析56-58
• 3.4.5 缓蚀剂在碳钢表面的吸附研究58-70
• 3.5 量子化学计算70-71
• 3.6 本章小结71-73
• 第四章 结论与展望73-77
• 4.1 结论73-75
• 4.2 展望75-77
• 参考文献77-85
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文85-86
• 致谢86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 何毅;杨冉冉;王雅洁;李飞;刘松;;蛋氨酸衍生物缓蚀剂的合成与性能研究[J];化学通报;2016年03期

2 张纯静;;管道工程酸洗方法及应用范围研究[J];当代化工;2015年10期

3 关博文;;盐酸介质中表面活性剂对碳钢的缓蚀研究[J];辽宁工业大学学报(自然科学版);2015年04期

4 霍胜娟;陈利红;祝卿;方建慧;;2-巯基苯并噻唑对铜缓蚀行为的表面增强红外光谱研究[J];物理化学学报;2013年12期

5 何毅;徐中浩;陈航宇;唐艳丽;陈丹;;金属材料防腐技术的研究进展[J];应用化工;2013年11期

6 李雪爱;王文彪;;浅谈金属腐蚀危害与防护[J];化工管理;2013年12期

7 贺甜;谭澄宇;唐娟;郑勇;;铜经MBT和HQ钝化处理后在3.5%NaCl溶液中的电化学行为[J];中国有色金属学报;2013年05期

8 王彩云;;金属腐蚀的危害及防护[J];机械管理开发;2012年05期

9 余存烨;;工业设备化学清洗的回顾与思考[J];清洗世界;2012年07期

10 刘琳;郑艳秋;邢锦娟;钱建华;;2-巯基苯并噻唑衍生物自组装分子膜对45#钢的缓蚀性能[J];科学技术与工程;2012年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李向红;嘧啶衍生物对冷轧钢在HCI和H_2SO_4介质中的缓蚀性能及机理研究[D];云南大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李霁阳;SD-910柠檬酸酸洗缓蚀剂的研制及其缓蚀性能的研究[D];西北大学;2015年

2 江雨妹;HC1中咪唑与2-苯基-2-咪唑啉对金属的缓蚀性能及机理研究[D];湖南工业大学;2015年

3 王青;苯并咪唑类缓蚀剂的合成及其在水基防锈液中的应用[D];中北大学;2015年

4 原珊;苯并咪唑衍生物的合成及在盐酸溶液中对碳钢缓蚀性能的研究[D];中北大学;2015年

5 冷全;咪唑啉类酸洗缓蚀剂的性能及复配研究[D];山东大学;2014年

6 刘建邦;一种新型腰果酚阳离子表面活性剂的合成与性能研究[D];东北石油大学;2013年

7 白永玲;噻二唑衍生物碳钢酸洗缓蚀剂性能及机理研究[D];青岛理工大学;2013年

8 张博;氢氟酸介质中碳钢缓蚀剂的研制及缓蚀性能研究[D];辽宁师范大学;2013年

9 丁文成;烟酸及异烟酸衍生物的合成及其缓蚀性能的研究[D];华中科技大学;2012年

10 邓杨;苯并三氮唑类衍生物缓蚀剂的合成及其应用研究[D];中南大学;2010年

  本文关键词：具表面活性噻唑衍生物的合成及对酸洗工艺中碳钢的缓蚀性能与机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：388426