苄叉丙酮Mannich碱的合成及缓蚀性能研究.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 苄叉丙酮Mannich碱的合成及缓蚀性能研究 姓名：刘俊 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：付朝阳 2011-05-30 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 摘 要 合成了一系列苄叉丙酮 Mannich 碱衍生物缓蚀剂，并对其进行表征确认目标 产物合成后，进而将目标产物复配得到复配型缓蚀剂采用失重法、电化学极化曲 线法、 电化学交流阻抗 （EIS） 、 环境扫描电子显微镜 （SEM） 、 傅里叶红外光谱 （FTIR） 、 原子力显微镜（AFM）等研究方法对缓蚀剂在盐酸介质中的缓蚀剂行为进行了研究 研究结果表明， Mannich 碱苄叉丙酮衍生物缓蚀剂的单体和它们复配后的缓蚀剂 均具有良好的缓蚀效果，复配后的缓蚀剂的缓蚀性能要明显优于其单体，它们的腐 蚀速度随缓蚀剂添加量的增大而显著减小对于单体缓蚀剂，在 90℃、18%HCl 中， Mannich 碱苄叉丙酮的环己胺取代衍生物在加量为 0.2%时缓蚀效率达到 97.71%； Mannich 碱苄叉丙酮的二乙胺取代衍生物在加量为 0.5%时缓蚀效率达到 98.44%。

对 于复配后的缓蚀剂，在 90℃、18%HCl 中，Mannich 碱苄叉丙酮环己胺和二乙胺取代 衍生物单体复配后的缓蚀剂在加量为 0.5%时腐蚀速率分别是 0.82 mm·a-1和 1.12 mm·a-1，都达到常压静态缓蚀剂评价标准中的国家一级标准 讨论了 Mannich 碱苄叉丙酮衍生物单体缓蚀作用机理，其表现为物理吸附和化 学吸附的协同作用，它们复配后的缓蚀剂的作用机理是几种单组分相互协同作用的 结果 分析发现 Mannich 碱苄叉丙酮衍生物单体及其复配后的缓蚀剂的吸附模型都符 合 Langmiur 等温吸附模型，吸附过程是自发的放热熵增过程 关键词关键词：：Mannich 碱 苄叉丙酮 缓蚀剂 合成 缓蚀机理 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Both derivative of benzalacetone as inhibitors,a kind of mannich base were synthesized by analysised of their characteristics. Then,they became the compatibility of complex inhibitors. The inhibition property researches of both mannich base and their complex inhibitors in hydrochloric acid were by weight loss method, electrochemical polarization curves,EIS,SEM,FTIR,AFM,and etc. We analysised some phenomena,and got some conclusions.First,both derivatives of benzalacetone and their complex inhibitors were good corrosion inhibitors. Second,the complex inhibitors were superior to their single-component corrosion inhibitors. Third,their corrosion rate significantly reduced with the increase amount of corrosion inhibitor.Fourth,at 90 in 18% HCl ℃the inhibition efficiency reached 97.71% when the amount of benzalacetone substituted by cyclohexylamine was 0.2%,while the inhibition efficiency reached 98.44% when the amount of benzalacetone substituted by diethylamine was 0.5%. Fifth,The complex inhibitor of benzalacetone substituted by cyclohexylamine was 0.82 mm·a-1 while the complex inhibitor of benzalacetone substituted by cyclohexylamine was 1.12 mm·a-1 Therefore,they both reached the national level 1 in static constant pressure evaluation criteria . We discussed inhibitor mechanism of the inhibitors. The mechanism of the derivatives of benzalacetone inhibitors was synergy of physical adsorption and chemical adsorption while the mechanism of their complex inhibitors was mutual synergy of their single component.We also found that their adsorption models were all in line with Langmiur isotherm model,and their adsorption process was spontaneous exothermic process of entropy. Key words ： Mannich bases Benzalacetone Corrosion inhibitor Synthesis Anticorrosion mechanism 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保 密□，在____________年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 腐蚀[1]是金属(材料)和周围环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象它发生 在国民经济的各行各业，造成设备损坏、工厂停产、腐蚀液泄漏、腐蚀产物使产品 质量下降等，给人类带来了巨大的经济损失和社会危害[2]。

半个多世纪以来人们为了 防止金属的腐蚀，尝试着在选取合适的材料、在材料表面涂覆保护层、介质中加入 缓蚀剂、阴极保护[2]等物理和化学的方法 缓蚀剂[3,4]是指加入微量或少量就可使金属材料在该介质中的腐蚀速度明显降低 直至为零，同时还能保持金属材料原来的物理机械性能不变的物质由于缓蚀剂的 用量少，成本低，效果明显，操作简单，缓蚀剂技术被广泛用于石油和天然气的开 采炼制、机械、化工、能源等行业[5] 1.1 缓蚀剂的缓蚀机理与分类缓蚀剂的缓蚀机理与分类 1.1.1 缓蚀剂的作用机理缓蚀剂的作用机理 缓蚀剂种类繁多，缓蚀机理错综复杂，主要有以下三种理论[6]： （1）电化学理论 金属在腐蚀中有两个共轭的阳极反应和阴极反应，在向金属系统中加入缓蚀剂 后，缓蚀剂能提高电极反应过程的一个或两个极化阻力，或使电极过程发生改变， 从而使金属的腐蚀受到强烈的抑制 （2）吸附理论 吸附指两相界面层中一种或多种组分的浓度与体相中的浓度不同的现象[7] 吸附 理论指缓蚀剂本身或次产物吸附在金属表面上形成保护性的隔离层，或消除活性区， 或改变双电层结构[8]等，从而到达缓蚀目的吸附可以分为物理吸附和化学吸附。

物 理吸附靠范德华力实现，属于远程吸附，吸附快，过程可逆，常呈多分子层化学 吸附靠化学键来实现，属于近程吸附，多由含 N、P、S、O 的缓蚀剂与活性区的金 属过渡态形成配位键，吸附在金属表面，吸附快，过程不可逆，常呈单分子层物 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 理吸附和化学吸附具有协同作用，因此大多数缓蚀剂表现为复合吸附的性质 （3）成膜理论 成膜理论指缓蚀剂与金属作用生产钝化膜，或者与介质中的离子反应产生沉淀 吸附在金属表面，从而阻止金属的进一步腐蚀沉淀膜包括氧化物、卤化物、硫化 物、氢氧化物、磷酸盐等 1.1.2 缓蚀剂的分类缓蚀剂的分类 根据不同的依据缓蚀剂的分类[9]也不同 （1）按化学成分，可以分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂无机缓蚀剂包括含砷化 合物、亚硝酸盐、硝酸盐、磷酸盐、多磷酸盐、铬酸盐、重铬酸盐、钼酸盐、硅酸 盐等有机缓蚀剂包括胺类、有机磷化合物、有机硫化合物、醛类、炔醇类、羧酸 及其盐类、磺酸及其盐类、杂环化合物等但在缓蚀剂的使用过程中组分常常不是 单一的，而是常常运用“协同效应”由多组分复配而成 （2）按电化学作用机理，可以分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀 剂。

阳极型缓蚀剂能通过与阳极反应中间产物结合为稳定难溶的表面络合物抑制阳 极反应，增大阳极极化而使腐蚀电位正移阴极型缓蚀剂能抑制阴极反应使阴极电 位变慢增加酸性溶液中的析氢过电位，增大阴极化而使腐蚀电位负移混合型缓蚀 剂能对阴阳极过程同时起到抑制作用 （3）按缓蚀剂形成的保护膜特征，可分为氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂和 吸附膜型缓蚀剂氧化膜型缓蚀剂能使金属表面生产致密、附着力好的氧化膜，从 而抑制金属的腐蚀沉淀膜型缓蚀剂能和介质中的离子反应形成防止腐蚀的沉淀膜 吸附膜型缓蚀剂能在金属表面吸附，改变金属的表面性质，从而防止腐蚀 （4）按物理状态在溶剂介质中的溶解情况，可分为油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀 剂、水油双溶性缓蚀剂、气相缓蚀剂 （5）根据用途不同，可分为油气井缓蚀剂、冷却水缓蚀剂、酸洗缓蚀剂、石油 化工缓蚀剂、锅炉清洗缓蚀剂、封存包装缓蚀剂等 此外，还可以根据保护金属的种类不同，使用的 pH 值不同进行不同的分类 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 1.2 盐酸的腐蚀与酸性缓蚀剂的研究进展盐酸的腐蚀与酸性缓蚀剂的研究进展 1.2.1 盐酸的腐蚀盐酸的腐蚀 盐酸是重要的无机化工产品，广泛用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金、 石油、化学化工等各行各业。

盐酸是氯化氢的水溶液，在水中完全电离为 H+和 Cl-， 是腐蚀性很强的一种酸，一般金属很难应付酸溶液的腐蚀性既与酸的强弱。