论文部分内容阅读
有机缓蚀剂因在抑制金属腐蚀方面具有经济、高效等优点,被广泛应用于化学清洗、工业用水、机械设备等工业领域,并成为工业生产中不可缺少的防腐蚀材料。大多数有机缓蚀剂为吸附型缓蚀剂,在金属表面吸附时会形成保护膜,可阻碍腐蚀介质与金属表面的接触,从而达到减缓金属腐蚀的目的。然而,有关缓蚀剂的缓蚀机理仍需深入研究,以期为设计开发新型缓蚀剂提供理论指导。本论文以6种不同烷基链长的1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂为研究对象,采用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的方法,对缓蚀剂抑制碳钢H2S腐蚀的缓蚀机理开展研究。6种缓蚀剂分子的HOMO和LUMO都具有相同的分布中心。三个活性中心(N(4)、N(7)、C(8))都在咪唑环上,可使咪唑啉分子的头部优先吸附在金属表面,分子头部的优先吸附还有利于烷基链在金属表面形成疏水保护膜。液相条件下,采用MD模拟方法研究6种缓蚀剂在Fe表面的吸附行为,并对吸附行为的微观机理进行分析。缓蚀剂分子的咪唑环以近似平行Fe表面的取向同Fe表面发生相互作用;缓蚀剂分子的烷基链与金属界面存在一定的吸附角,并随烷基链长的增加吸附角逐渐增大;缓蚀剂与Fe表面的结合强度随烷基链长的增加逐渐增大;缓蚀剂分子在金属表面上可形成交织的缓蚀剂膜,随烷基链长的增加膜的致密性及稳定性越好。采用MD模拟方法研究4种腐蚀介质粒子(H2O、H3O+、HS-和Cl-)在缓蚀剂膜中的扩散行为。通过计算扩散系数、自由体积分数、相互作用能等,并对扩散行为的微观机理进行分析。计算结果表明:6种缓蚀剂膜均可有效阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散,从而达到抑制或延缓腐蚀的目的;随烷基链长的增加,缓蚀剂膜对腐蚀介质粒子扩散行为的抑制能力逐渐增强;同种缓蚀剂膜对正负离子(H3O+、HS-和Cl-)比对中性的H2O分子具有更强的扩散抑制能力。