油酸咪唑啉季铵盐的复配缓蚀性能研究

刘 燕，闫红亮

(北京科技大学化学与生物工程学院，北京 100083)

油酸咪唑啉季铵盐的复配缓蚀性能研究

刘 燕，闫红亮

(北京科技大学化学与生物工程学院，北京 100083)

以油酸、二乙烯三胺、氯化苄为原料合成了油酸咪唑啉季铵盐，采用电化学极化法测试了其对N80钢片在1 mol·L-1盐酸溶液中的缓蚀性能;然后分别将KI、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、丙炔醇(PA)与油酸咪唑啉季铵盐进行复配，并测试了3种复配试剂对油酸咪唑啉季铵盐缓蚀率的影响。结果表明:当油酸咪唑啉季铵盐浓度达到50mg·L-1时，N80钢片的腐蚀速率最小，缓蚀率高达92%;随着油酸咪唑啉季铵盐浓度的增大，缓蚀率趋于稳定;3种复配试剂对油酸咪唑啉季铵盐的缓蚀率都有明显改善，KI和SDBS的复配均能使缓蚀率达到95%以上，PA的复配效果最佳，缓蚀率可达到99%以上。

缓蚀剂;咪唑啉季铵盐;复配;缓蚀率

在油田管线的腐蚀防护中，咪唑啉及其衍生物是一类广泛应用的缓蚀剂。此类缓蚀剂在含有HCl、H2S等酸性物质的腐蚀环境中表现出优异的缓蚀性能，且具有热稳定性好、毒性低、生物降解性良好等优点。然而在实际应用中，低浓度的咪唑啉衍生物往往达不到理想的缓蚀效果;要提高缓蚀率，需要加大用量，导致生产成本的增加。为平衡缓蚀效果与用量的关系，一种有效的途径是选用某些试剂与咪唑啉衍生物进行复配。研究表明，一些试剂与咪唑啉衍生物间存在着协同作用，通过复配可以明显提高缓蚀效果［1-7］。鉴于此，作者以油酸、二乙烯三胺、氯化苄为原料，通过两步脱水法合成了油酸咪唑啉季铵盐，并采用电化学极化法研究了其与KI、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及丙炔醇(PA)的复配缓蚀性能。

1 实验

1.1 油酸咪唑啉季铵盐的合成及其缓蚀性能的评价

参照文献［8］，以油酸、二乙烯三胺、氯化苄为原料通过两步脱水法合成油酸咪唑啉季铵盐，产物为棕褐色粘稠液体。

油酸咪唑啉季铵盐缓蚀性能的评价:采用电化学极化法在660D型电化学分析仪(上海辰华仪器有限公司)上测试极化曲线。以饱和甘汞电极作参比电极、铂电极为辅助电极、标准N80钢片为工作电极，用环氧树脂进行部分涂封使电极的工作面积为2 cm2。每次测试前以金相砂纸将N80钢片打磨抛光，并先后用去离子水、乙醇、丙酮进行淋洗。测试温度为(24±1)℃，扫描范围相对开路电位为 -300～300 mV，扫描速度为2 mV·s-1，腐蚀介质为含有油酸咪唑啉季铵盐的1 mol·L-1盐酸溶液。分别测定油酸咪唑啉季铵盐浓度(mg·L-1)为0、5、10、20、40、50、60、80、100时的缓蚀率。

1.2 油酸咪唑啉季铵盐的复配缓蚀性能的评价

采用电化学极化法对油酸咪唑啉季铵盐的复配缓蚀性能进行评价:测试温度、扫描范围及扫描速度同1.1，腐蚀介质为含有复配缓蚀剂的1 mol·L-1盐酸溶液，复配缓蚀剂中油酸咪唑啉季铵盐的浓度设定为50 mg·L-1，与其复配的试剂分别为不同浓度的KI、SDBS及PA。

1)于测试溶液中加入 KI，其质量分数分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%，测试复配缓蚀剂的缓蚀率;

2)于测试溶液中加入SDBS，其质量分数分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%，测试复配缓蚀剂的缓蚀率;

3)于测试溶液中加入 PA，其体积分数分别0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%，测试复配缓蚀剂的缓蚀率。

2 结果与讨论

2.1 油酸咪唑啉季铵盐的缓蚀性能

2.1.1 油酸咪唑啉季铵盐对N80钢片的缓蚀作用

N80钢片在含有不同浓度油酸咪唑啉季铵盐的1 mol·L-1盐酸溶液中的极化曲线见图1。

图1 N80钢片在含有不同浓度油酸咪唑啉季铵盐的1 mol·L-1盐酸溶液中的极化曲线Fig.1 Polarization curves of N80 steel sheet in 1 mol·L-1HCl solutions containing different concentrations of oleic acid im idazoline quaternary ammonium salt

由图1可以看出，随着油酸咪唑啉季铵盐的加入，N80钢片的阴、阳极极化曲线均较大幅度向低电流方向偏移，即油酸咪唑啉季铵盐对腐蚀反应的阴、阳极过程都有很大的抑制作用。由于阳极过程自腐蚀电流密度下降更为显著，同时油酸咪唑啉季铵盐加入后腐蚀电位发生正移，因此，可认为油酸咪唑啉季铵盐对N80钢片是一种以阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。2.1.2 油酸咪唑啉季铵盐浓度对缓蚀率及N80钢片的腐蚀速率的影响(图2)

图2 油酸咪唑啉季铵盐浓度对缓蚀率及N80钢片腐蚀速率的影响Fig.2 Effect of concentrations of oleic acid im idazoline quaternary ammonium salt on corrosion inhibition rate and corrosion speed for N80 steel sheet

由图2可以看出，随着油酸咪唑啉季铵盐浓度的增大，开始时腐蚀速率迅速减小，缓蚀率相应升高;当浓度为50 mg·L-1时，缓蚀率达到最高值即92%;继续增大浓度，缓蚀率基本保持不变，腐蚀速率也稳定在0.2 g·m-2·h-1左右，表明此时油酸咪唑啉季铵盐在N80钢片上的吸附率达到最大。

2.2 油酸咪唑啉季铵盐复配缓蚀剂的缓蚀性能

保持油酸咪唑啉季铵盐的浓度为50 mg·L-1，将其分别与KI、SDBS及PA以不同质量比(或体积比)进行复配，测试N80钢片在含有不同复配缓蚀剂的1 mol·L-1盐酸溶液中的极化曲线，结果见图3。

图3 N80钢片在含有不同复配缓蚀剂的1 mol·L-1盐酸溶液中的极化曲线Fig.3 Polarization curves of N80 steel sheet in 1 mol·L-1HCl solutions containing different concentrations of com pounded corrosion inhibitor

由图3可以看出:加入3种复配试剂后，阴、阳极极化曲线均移向低电流一侧，即腐蚀反应的阴、阳极过程都得到了更大程度的抑制，表明3种复配试剂与油酸咪唑啉季铵盐均有一定程度的协同作用;3种复配试剂对腐蚀电位的影响有明显不同，KI使腐蚀电位略向正移，SDBS使腐蚀电位略向负移，而PA则使腐蚀电位明显正移。表明不同复配试剂的作用机制不同，KI、PA的复配更大程度地抑制腐蚀反应的阳极过程，而SDBS则更多地抑制阴极过程。

对图3中的极化曲线进行拟合处理，考察3种复配试剂对复配缓蚀剂的缓蚀率及N80钢片腐蚀速率的影响，结果见图4。

图4 KI(a)、SDBS(b)、PA(c)对复配缓蚀剂缓蚀率及N80钢片腐蚀速率的影响Fig.4 Effect of K I(a)，SDBS(b)，PA(c)on corrosion inhibition rate of compounded corrosion inhibitor and corrosion speed for N80 steel sheet

由图4可以看出:3种复配试剂均能提高油酸咪唑啉季铵盐的缓蚀率，其中PA的复配效果最佳，当其体积分数为0.3%时，复配缓蚀剂的缓蚀率可高达99%以上，KI、SDBS的复配也可使缓蚀率达到95%以上;3组复配缓蚀剂缓蚀率的变化有一个共同的特征，即当复配试剂用量达到某个值时(KI质量分数为0.5%、SDBS质量分数为 0.8%、PA体积分数为0.3%)，缓蚀率出现一个峰值，之后缓慢降低。这是因为，油酸咪唑啉季铵盐分子在钢片表面形成的吸附膜存在一些空白点，复配试剂加入后能够吸附在这些空白点上，通过协同效应形成了更加致密、均匀的吸附膜，从而进一步提高了缓蚀率;但复配试剂加入过多，两者的协同效应就转为竞争关系，钢片表面局部区域会形成复配试剂的吸附膜而没有被油酸咪唑啉季铵盐分子覆盖，一定程度上破坏了油酸咪唑啉季铵盐吸附膜的完整性，因而缓蚀率会下降。

3 结论

(1)通过电化学极化法测试了油酸咪唑啉季铵盐对N80钢片在1 mol·L-1盐酸溶液中的缓蚀性能。结果表明:该缓蚀剂是以阳极抑制为主的混合型缓蚀剂;当其浓度为50 mg·L-1时，缓蚀率达到最高值为92%，之后趋于稳定。

(2)采用电化学极化法考察了1 mol·L-1盐酸溶液中KI、SDBS、PA等3种复配试剂对油酸咪唑啉季铵盐缓蚀率的影响。结果表明:3种复配试剂均可提高油酸咪唑啉季铵盐的缓蚀率，其中PA的复配效果最佳，当其体积分数为0.3%时，复配缓蚀剂的缓蚀率可高达99%以上，而KI和SDBS的复配也可使缓蚀率达到95%以上。

［1］ 王雪，牟庆平，栾波，等.复配新型咪唑啉缓蚀剂的性能研究［J］.应用化工，2012，41(7):1300-1302.

［2］ 魏斌，周飞，戴倩倩，等.咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成与复配研究［J］.应用化工，2012，41(5):840-843.

［3］ 杨新勇，王国瑞.咪唑啉型复配缓蚀剂对20钢在高含CO2油田污水中缓蚀行为影响的研究［J］.材料开发与应用，2012，27(1):43-46.

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Study on Com pounded Corrosion Inhibition Performance of Oleic Acid Im idazoline Quaternary Ammonium Salt

LIU Yan，YAN Hong-liang
(School of Chemistry and Biological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China)

With oleic acid，diethylenetriamine and benzyl chloride as starting materials，oleic acid imidazoline quaternary ammonium saltwas synthesized and its corrosion inhibition performance for N80 steel sheetwas investigated in 1 mol·L-1hydrochloric acid solution by electrochemical polarization method.Then KI，sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS)and propargyl alcohol(PA)were mixed with oleic acid imidazoline quaternary ammonium salt respectively to confect three kinds of compounded corrosion inhibitors and their corrosion inhibition ratesweremeasured.Results showed that，when the concentration of oleic acid imidazoline quaternary ammonium saltwas 50 mg·L-1，the corrosion speed of N80 steel sheetwas the slowest，while corrosion inhibition rate wasmaximal，being above 92%.Further increasing concentration of oleic acid imidazoline quaternary ammonium salt，the corrosion inhibition rate tended to be stable.Corrosion inhibition rate of oleic acid imidazoline quaternary ammonium saltwas obviously improved by three kinds of compounded agent.The corrosion inhibition rate of KI and SDBSwas above 95%，the synergistic effect of PA was the best with the corrosion inhibition rate of above 99%.

corrosion inhibitor;imidazoline quaternary ammonium salt;compound;corrosion inhibition rate

TQ 050.96 TG 174.42

A

1672-5425(2015)02-0060-03

10.3969/j.issn.1672-5425.2015.02.015

2014-10-16

刘燕(1988-)，女，山西晋中人，硕士研究生，研究方向:咪唑啉类缓蚀剂，E-mail:liuyan390@126.com;通讯作者:闫红亮，副教授，E-mail:hongliangyan@ustb.edu.cn。