巯基醇类化合物的缓蚀性能及协同机理研究

发布时间：2017-06-23 14:06

  本文关键词：巯基醇类化合物的缓蚀性能及协同机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石油天然气的开发过程中,二氧化碳的存在会对金属设备造成严重的酸腐蚀。注入缓蚀剂是目前最有效,最经济的二氧化碳腐蚀控制方法之一。针对碳钢在油气田高矿化度采出水中的二氧化碳腐蚀,咪唑啉及其衍生物类缓蚀剂效果显著,但用量与成本限制了其进一步发展。巯基醇类化合物具有在金属表面自组装成膜的性能,将其应用于二氧化碳腐蚀的防护,并研究其与咪唑啉的协同缓蚀作用,具有重要的理论和实践意义。本论文选取了4种不同链长的直链型巯基醇类化合物作为研究对象,采用了静态失重法、动电位极化曲线和电化学交流阻抗谱测试,并结合扫描电子显微镜形貌分析(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)表面分析等方法研究了巯基醇类化合物在饱和二氧化碳3.5%氯化钠(NaCl)溶液中对碳钢(Q235)腐蚀的抑制性能,并在此基础上对巯基醇类化合物与咪唑啉类缓蚀剂进行了协同缓蚀作用研究,提出了相应的吸附模型；深入讨论了其吸附过程热力学及动力学行为。通过以上实验研究得出以下结论：1)巯基醇类化合物具有优良地抑制碳钢的二氧化碳腐蚀的能力。静态失重法研究表明,在338 K时,碳钢在饱和二氧化碳3.5% NaCl盐水溶液中的腐蚀较为严重；加入2×10-4 mol·L-1的直链型巯基醇类化合物对碳钢的腐蚀有一定抑制作用；且随着巯基醇类化合物分子结构中碳链长度的增加,其缓蚀性能逐渐增强；动电位极化曲线研究表明,短链巯基醇类化合物如巯基乙醇(2ME)和3-巯基丙醇(3ME),主要作用于碳钢的阴极区域,增大其阴极极化,抑制碳钢的阴极析氢反应；长链巯基醇类化合物如6-巯基-1-己醇(6ME)和9-巯基-1-壬醇(9ME),不但能抑制碳钢阳极溶解反应,也能抑制阴极析氢反应,是以抑制阴极反应为主的混合型缓蚀剂；2)巯基乙醇(2ME)与油酸咪唑啉(OIM)之间存在显著的协同缓蚀作用。静态失重法和电化学方法研究表明,在338 K时OIM-2ME缓蚀剂对碳钢在饱和二氧化碳3.5%NaCl溶液中的腐蚀有着极好的协同抑制作用,当添加量仅为5×10-5mol·L-1时其缓蚀率可达90%以上；不同摩尔比例下的OIM-2ME缓蚀剂均有优秀的协同缓蚀性能,且当OIM:2ME=13时OIM与2ME之间有着最佳协同缓蚀作用；OIM-2ME是一种混合抑制型缓蚀剂能同时抑制碳钢的阳极溶解反应和阴极析氢反应；最后根据电化学交流阻抗谱(EIS)结果以及X射线光电子能谱表面分析(XPS)结果,提出了缓蚀剂双层吸附膜模型来揭示OIM与2ME之间的协同缓蚀机理。在双层吸附膜模型中,2ME分子优先吸附到碳钢表面自组装成膜,形成内层缓蚀剂保护膜；然后质子化的OIM分子通过氢键与2ME分子链接,形成外层缓蚀剂保护膜。3)论文研究结果揭示了巯基乙醇(2ME)与油酸咪唑啉(OIM)的吸附过程热力学及动力学行为。静态失重法和电化学研究表明,OIM-2ME勺缓蚀性能随着缓蚀剂浓度的增加而提高。浓度的提高促进了缓蚀剂分子在碳钢表面的有效吸附,增大了其在碳钢表面的覆盖率,更好的隔绝了腐蚀介质,抑制了碳钢的腐蚀；OIM-2ME具有良好的温度适应性,在308 K至353 K温度范围内均具有良好的缓蚀性能；吸附过程动力学研究表明,缓蚀剂的加入提高了腐蚀反应能垒,增大了其腐蚀活化能,阻碍了碳钢的腐蚀；吸附过程热力学研究表明,OIM、2ME以及OIM-2ME在碳钢上的吸附均为自发吸附过程,且其标准吸附自由能ΔG0ads表明其吸附为化学吸附。OIM、2ME以及OIM-2ME遵循郎格缪尔(Langmuir)吸附。
【关键词】：二氧化碳腐蚀 巯基醇类化合物 油酸咪唑啉 协同作用 热力学与动力学
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.42
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题的研究背景9-12
• 1.1.1 碳钢在二氧化碳介质中的腐蚀9-11
• 1.1.2 碳钢在氯离子介质中的腐蚀11-12
• 1.2 石油化工设备的防腐蚀措施12-14
• 1.2.1 提高材料自身腐蚀抗性12
• 1.2.2 腐蚀介质处理12-13
• 1.2.3 金属和非金属镀层13
• 1.2.4 电化学保护13-14
• 1.3 缓蚀剂14-16
• 1.3.1 缓蚀剂的定义14
• 1.3.2 缓蚀剂的缓蚀机理14-15
• 1.3.3 缓蚀剂的协同作用15-16
• 1.4 巯基化合物作为缓蚀剂的研究现状16-18
• 1.5 研究内容18
• 1.6 创新点18-19
• 第2章 实验仪器与方法19-25
• 2.1 实验仪器19
• 2.2 实验试剂与材料19-20
• 2.2.1 实验试剂19-20
• 2.2.2 实验材料20
• 2.3 腐蚀介质体系20
• 2.4 分析与测试方法20-25
• 2.4.1 静态失重法20-21
• 2.4.2 动电位极化曲线法21-22
• 2.4.3 电化学交流阻抗谱22
• 2.4.4 扫描电子显微镜形貌分析22-23
• 2.4.5 碳钢表面成分分析-X射线光电子能谱23-25
• 第3章 巯基醇类化合物的缓蚀性能研究25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 巯基醇类化合物25-26
• 3.3 巯基醇类化合物的缓蚀性能研究26-32
• 3.3.1 不同链长巯基醇类化合物对碳钢腐蚀速率的影响26-27
• 3.3.2 不同链长巯基醇类化合物对碳钢腐蚀电流密度的影响27-29
• 3.3.3 不同链长巯基醇类化合物对碳钢阻抗行为的影响29-31
• 3.3.4 碳钢表面微观形貌分析31-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第4章 巯基乙醇与油酸咪唑啉的协同缓蚀机理研究34-51
• 4.1 引言34
• 4.2 协同作用研究的实验设计34-35
• 4.3 巯基乙醇与油酸咪唑啉之间的协同缓蚀机理研究35-50
• 4.3.1 巯基乙醇与油酸咪唑啉的协同作用35-36
• 4.3.2 摩尔比例对OIM-2ME协同作用的影响36
• 4.3.3 协同缓蚀剂OIM-2ME对碳钢腐蚀电流密度的影响36-38
• 4.3.4 协同缓蚀剂OIM-2ME对碳钢阻抗行为的影响38-42
• 4.3.5 时间对OIM-2ME阻抗行为的影响42-44
• 4.3.6 时间对OIM、2ME阻抗行为的影响44-45
• 4.3.7 碳钢表面成分分析-X射线光电子能谱45-48
• 4.3.8 油酸咪唑啉(OIM)与巯基乙醇(2ME)的协同机理研究48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 巯基乙醇与油酸咪唑啉的吸附过程热力学与动力学研究51-66
• 5.1 引言51-52
• 5.2 协同缓蚀剂浓度和环境温度对碳钢腐蚀电流密度的影响52-55
• 5.2.1 协同缓蚀剂浓度对碳钢腐蚀电流密度的影响52-53
• 5.2.2 环境温度对碳钢腐蚀电流密度的影响53-55
• 5.3 协同缓蚀剂浓度和环境温度对碳钢阻抗行为的影响55-59
• 5.3.1 协同缓蚀剂浓度对碳钢阻抗行为的影响55-56
• 5.3.2 环境温度对碳钢阻抗行为的影响56-57
• 5.3.3 电化学交流阻抗的等效电路拟合57-59
• 5.4 协同缓蚀剂浓度对碳钢腐蚀速率的影响59-61
• 5.5 缓蚀剂OIM、2ME、OIM-2ME的吸附过程动力学计算61-62
• 5.6 缓蚀剂OIM、2ME、OIM-2ME的吸附过程热力学计算62-65
• 5.7 本章小结65-66
• 第6章 结论66-68
• 6.1 本论文主要结论66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果74

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本文编号：475255