曼尼希碱类缓蚀剂的高温吸附行为研究

发布时间：2020-11-23 15:17

　　 本文在对国内外文献调研的基础上,采用分子动力学原理对曼尼希碱缓蚀剂进行筛选,并对理论筛选出的缓蚀剂进行了实验室合成和结构表征;利用失重法分析了两种曼尼希碱缓蚀剂的缓蚀性能,通过极化曲线和交流阻抗测试分析、研究其缓蚀作用机理;利用基于密度泛函理论的量子化学计算方法,对分子前线轨道和反应活性进行了计算和分析,在原子尺度上深入研究了曼尼希碱缓蚀剂分子与铁表面之间的吸附作用机理。结果表明:在分子动力学模拟的平衡构型中,ZJ-1和ZJ-2缓蚀剂分子具有更负的吸附能,分子反应活性较高,与Fe表面的吸附更稳定,具有在Fe(001)晶面自组装成膜的倾向;且两种分子在Fe表面形成的Fe-O和Fe-N键长较小,与金属表面的结合更加紧密,吸附性能较好。因此,ZJ-1和ZJ-2两种分子结构能在Fe(001)表面产生较好的缓蚀作用。实验室合成的ZJ-1和ZJ-2曼尼希碱缓蚀剂对P110钢的CO_2腐蚀均具有良好的缓蚀效果,其最佳添加浓度分别为100mg/L和150mg/L。ZJ-1的缓蚀性能更优,在较低温度条件下,其缓蚀效率高达90.94%;温度升高,缓蚀剂分子的吸附作用降低,缓蚀效率下降,但在高达120℃的温度条件下,ZJ-1的缓蚀效率为72.59%,其仍具有较高的吸附和缓蚀性能。ZJ-1和ZJ-2缓蚀剂均为抑制阳极反应为主的混合型缓蚀剂,作用机理为几何覆盖效应。ZJ-1和ZJ-2缓蚀剂分子的前线轨道均分布在芳环和活性原子上,分子中的O17原子和N7原子既是亲电活性中心,又是亲核活性中心。分子的缓蚀性能与反应活性参数密切相关,量子化学计算表明两种缓蚀剂分子均有两个亲核活性位点、三个亲电活性位点和一个亲核亲电活性位点。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TG174.42
【部分图文】：

技术路线

15图2-2不同数量分子的初始构型（缓蚀剂分子个数为3，6，10；ZJ-1（a，c，e）ZJ-2（b，d，f））2.3.2分子动力学模拟的计算方法分子动力学的一般模拟过程分为两步，第一步先进行几何优化，第二步是分子动力学模拟或计算。在第二步中，首先要对体系的模拟时长、步长、力尝系踪、恒温器等进行设定，才能对其继续进行分子动力学模拟。分子动力学模拟采用Discover模块完成，体系使用COMPASS力场来优化。在保证计算精度的前提下，模拟立方体边长应大于2倍的截断半径[41]。模拟的具体参数设置见表2-2。吸附能可以在一定程度上反应出缓蚀剂分子与金属表面相互作用的强弱，缓蚀剂分子在Fe表面吸附能越负，则该缓蚀剂分子与表面之间的相互作用越强，越容易在表面上吸附，并越可能形成稳定的吸附膜，从而预期具有更加良好的缓蚀性能。所以获取体系达到平衡时的吸附能数据对缓蚀剂缓蚀性能评价的意义重大，吸附能的计算公式为（2-1）[42]：Eadsorption=Emolecular+surface-(Emolecular+Esurface)（2-1）式中：Eadsorption－缓蚀剂与铁表面的吸附能，KJ·mol-1；Emolecular+surface－界面模型平衡态的总能量，KJ·mol-1；Esurface－Fe（001）表面的总能量，KJ·mol-1；Emolecular－缓蚀剂分子的能量，KJ·mol-1。

17图2-3缓蚀剂分子与Fe（001）面吸附情况的温度和能量波动曲线（ZJ-1（a，b）ZJ-2（c，d）ZJ-3（e，f）和ZJ-4（g，h））100200300400500250300350400Temperature/(k)Time/(ps)(a)100200300400500-54400-54000-53600-53200-52800-52400E/(KJmol-1)Time/(ps)(b)
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本文编号：2894735