油井酸化有利于提高油气的采收率,是油井增产的有效措施之一。但酸液的使用不可避免的腐蚀井下金属设备,使安全事故频发,经济损失严重;而且,井下金属设备被酸溶蚀后会生成金属离子,对地层造成新的伤害。因此,具有用量少、效率高、操作简便等优点的添加缓蚀剂法成为大家普遍接受的防腐措施。杂环碱季铵盐类缓蚀剂因缓蚀效果和溶解性均较好,且合成工艺简单,一直备受国内外酸化缓蚀剂研究者的青睐,但杂环碱季铵盐的缓蚀性能与其结构的具体关系尚未明确,不利于高效酸化缓蚀剂的分子设计与开发,因此,本文重点研究了杂环碱季铵盐的结构与缓蚀性能的关系。本文用吡啶或喹啉与卤代烃(或甲醇)发生季铵化反应,分别制备得到了氯化-1-甲基吡啶(MP)、溴化-1-乙基吡啶(EP)、氯化-1-苄基吡啶(BP)、氯化-1-萘甲基吡啶(NP)、氯化-1-甲基喹啉(MQ)、溴化-1-乙基喹啉(EQ)、氯化-1-苄基喹啉(BQ)、氯化-1-萘甲基喹啉(NQ)共八种杂环碱季铵盐纯品。运用电位滴定法、核磁共振法及元素分析法表征了其纯度与结构。通过静态失重法、吸附行为研究、极化曲线及交流阻抗四种方法对其缓蚀性能进行了分析,探讨了杂环碱季铵盐的缓蚀性能与结构的关系。静态失重法研究了上述八种杂环碱季铵盐在90℃、15%盐酸溶液中对N80钢的缓蚀性能。结果表明,当季铵盐的杂环母体相同时(吡啶或喹啉),其缓蚀性能随着氮原子上的基团的变化顺序为:EP<MP<BP<NP,EQ<MQ<BQ<NQ;当氮原子上的基团相同而杂环母体不同时其缓蚀性能的变化顺序为:MP<MQ,EP<EQ,BP<BQ,NP<NQ,即喹啉系列季铵盐的缓蚀性能优于吡啶系列季铵盐的缓蚀性能,这表明,当杂环碱季铵盐分子结构中,共辄的π电子越多,在盐酸中的缓蚀效果越好。吸附行为研究结果表明,缓蚀效果较好的BP、NP、BQ、NQ四种杂环碱季铵盐均较好的符合Langmuir吸附模型,其吸附自由能从低到高的顺序为:BP<BQ≈NP<NQ,并且是物理/化学混合型吸附。氯化-1-萘甲基喹啉(NQ)的吸附自由能为-35.16kJ·mol-1,这说明氯化-1-萘甲基喹啉分子中因为有更多的共轭π电子而更有利于在N80钢片上的吸附,从而表现出更好的缓蚀性能,这一结果与静态失重法的结果一致。缓蚀效果较差的MP、EP、MQ、EQ则不符合Langmuir吸附模型。极化曲线研究结果表明,BP、NP、BQ、NQ四种杂环碱季铵盐缓蚀能力由低到高顺序为:BP<BQ≈NP<NQ,且这四种杂环碱季铵盐均为混合型缓蚀剂。交流阻抗研究结果表明,阻抗弧的直径由小到大的顺序为BP<BQ<NP<NQ,说明这四个化合物的缓蚀效果由低到高顺序为BP<BQ<NP<NQ。静态失重法、吸附行为研究、动电位极化曲线法及交流阻抗法对杂环碱季铵盐的缓蚀性能的研究结果表明,当杂环碱季铵盐分子结构中,共轭的π电子越多,越有利于其在金属表面的吸附,在15%盐酸中的缓蚀效果越好。因此在设计和开发酸化缓蚀剂分子时要尽可能多地增加分子中的共轭π电子。