一种双曼尼希碱衍生物分子光谱的理论研究

双曼尼希碱衍生物是一类可以作为缓蚀剂广泛应用于金属防腐的化合物,为深入研究其理化性质,利用量子化学软件Gaussian09W,选用DFT-B3LYP方法,研究了一种双曼尼希碱衍生物的构型、前线轨道分布及其理论红外光谱和拉曼光谱。首先在气相条件下选择6-311G(d,p)基组,对一种双曼尼希碱衍生物分子进行了几何结构全优化。在此稳定构型的基础上计算了分子的最低空轨道、最高占据轨道、红外光谱和拉曼光谱数据。计算结果中没有出现虚频,说明优化结果合理可靠。主要振动形式包括苯环和萘环的面外变形振动、亚甲基的变形振动、羰基的伸缩振动以及碳氢伸缩振动等,有些在红外光谱中较为明显的峰在拉曼光谱中则较弱,较好地体现了两种光谱的互补性。该研究结果为双曼尼希碱类缓蚀剂衍生物分子的振动光谱检测和分子结构的鉴定提供了光谱解析方面的理论依据。

双曼尼希碱缓蚀性能的量子化学研究

以4-甲基苯乙酮、甲醛和正己胺为原料合成了单曼尼希碱(MPE)和双曼尼希碱(DMPE),研究2种曼尼希碱在酸性介质中对N80试片的缓蚀作用及电化学性能。结果表明:DMPE对N80试片缓蚀性能优于MPE;DMPE降低了N80试片表面的腐蚀电流密度而使电荷转移电阻显著提高,有效抑制了N80试片的电极反应过程。采用量子化学密度泛函理论(DFT)计算2种曼尼希碱的最高占据轨道能级(E _(HOMO))、最低未占轨道能级(E _(LUMO))、Hirshfeld电荷、简缩Fukui指数和分子范德华表面静电势极小点(V_(s,min))。结果表明:最高占据轨道能级比较,DMPE高于MPE;最低未占轨道能级比较,DMPE低于MPE;与MPE相比,DMPE更容易接受和给出电子;DMPE的V _(s,min)低于MPE,DMPE更易电离形成质子化的季铵盐;DMPE的4-甲基苯环、2个β-羰基的氧原子、叔胺基的N原子能够与N80试片的Fe原子的前线轨道成键。采用分子动力学模拟方法构建了MPE与DMPE在Fe不同晶面上的6个吸附模型,MPE与DMPE在不同Fe晶面上的吸附能绝对值由大到小的顺序均为Fe(110)、Fe(100)、Fe(111),在同一Fe晶面上DMPE的吸附能绝对值均大于MPE,说明DMPE比MPE在Fe表面吸附更稳定。

四希夫碱-双曼尼希碱的合成及酸化缓蚀性能

以水杨醛、二乙烯三胺、丙酮和甲醛为原料,通过Schiff反应合成希夫碱中间体(SBI),再通过Mannich反应合成了一种四希夫碱-双曼尼希碱(FSDM),对其结构进行红外表征。通过原子吸收分光光度法探究缓蚀剂在质量分数为15%盐酸溶液中缓蚀效果随时间的变化,结果表明SBI的缓蚀效果随时间变化不明显,而FSDM的缓蚀效果随时间增加而增加;通过电化学方法评价合成产物的缓蚀性能,在低浓度下FSDM的缓蚀效果要优于SBI,高浓度下无明显差异。室温下,浓度为100mg/L时,FSDM的缓蚀率为58%,SBI的缓蚀率为52%;浓度为1000mg/L时FSDM的缓蚀率为93%,SBI的缓蚀率为95%。通过原子力显微镜观察钢片腐蚀形貌,并探究缓蚀剂在钢片表面吸附情况;最后通过量子化学计算分析其缓蚀机理。

双曼尼希碱酸化缓蚀剂的制备与缓蚀性能研究

以正辛胺、苯乙酮、甲醛为主要原料,通过两步Mannich反应得到双曼尼希碱DMN,并对反应条件进行了优化。采用静态失重、极化曲线、吸附行为计算、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDS)等方法研究了DMN的缓蚀性能以及缓蚀机理。结果表明,在20%盐酸溶液中加入质量分数为0.25%的DMN,在温度为90℃及时间为4 h时,对N80试片的缓蚀率达到99.70%,与单曼尼希碱MN相比具有更好的缓蚀效果;DMN是同时抑制阳极和阴极反应的混合型和吸附成膜型缓蚀剂;DMN的吸附行为服从Langmuir吸附等温式,吸附过程主要是化学吸附,KI与DMN复配进一步增强了缓蚀剂的效果。

双曼尼希碱酸化缓蚀剂的合成及缓蚀性能研究

以甲醛、环己酮和二乙烯三胺为原料,采用两步反应法,制备了性能优异的双曼尼希碱酸化缓蚀剂。根据正交实验设计理论,优化了主剂的第一步合成工艺条件,最佳合成工艺条件为:n(甲醛)∶n(环己酮)∶n(二乙烯三胺)=3∶2∶1,反应温度70℃,反应时间6h,介质pH=4。使用甲醛和丙酮对单曼尼希碱进行改性,采用静态失重法对合成的缓蚀剂进行了评价。实验结果表明,以双曼尼希碱为主剂,加入BAA、OP-10、不饱和醇A等进行复配混合,可制备出具有协同效应的双曼尼希碱型缓蚀剂。缓蚀剂的最优配方为:10%缓蚀剂主剂+9%BAA+4%聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(OP-10)+6%不饱和醇A。该复合酸化缓蚀剂在温度90℃、腐蚀时间4h、质量分数15%的盐酸介质、缓蚀剂加量为1%的条件下,N80钢片的腐蚀速率为3.2 g·(m^2·h)^-1,具有良好的缓蚀性能,并能达到一级指标。

丙二胺型双曼尼希碱酸化缓蚀剂的缓蚀性能

将1,2-丙二胺和1,3-丙二胺分别与多聚甲醛和苯乙酮反应,制备出1,2-丙二胺型双曼尼希碱(BTM-2)和1,3-丙二胺型双曼尼希碱(BTM-3)两种缓蚀剂.采用常压静态挂片失重试验和电化学测试,分析了缓蚀剂添加量对15%HCl溶液中N80钢缓蚀效果的影响,并采用量子计算方法,进一步探讨了其缓蚀机理.结果表明:BTM-2和BTM-3均具有明显的缓蚀效果,BTM-2的缓蚀效果优于BTM-3的;BTM-2与BTM-3缓蚀剂分子均在N80钢表面产生了物理吸附和化学吸附的组合吸附作用,形成了一层吸附膜,其吸附作用符合Langmuir吸附等温模型,量子化学计算结果与试验结果一致.

一种增强型曼尼希碱酸化缓蚀剂的合成及其性能

以乙二胺、多聚甲醛和苯乙酮为原料经曼尼希反应合成了乙二胺双曼尼希碱盐酸盐,并合成了2-苯甲酰基-3-羟基-1-丙烯(BAA)和3-羟基苯丙酮,使用核磁共振氢谱分别对其结构进行了表征。三者复配得到增强型酸化缓蚀剂,采用静态失重法,电化学方法和SEM观察等研究了复配缓蚀剂在15%HCl溶液中对N80钢的缓蚀性能。结果表明:在90℃、15%HCl溶液中加入0.1%复配缓蚀剂,N80钢片的腐蚀速率为2.3162g·m^-2·h^-1,即达到一级标准(SY/T 5405-1996)。此外,该缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,在N80钢片表面的吸附作用符合Langmuir等温吸附规律。表面分析试验(SEM和EDS)验证了缓蚀剂分子在N80钢片表面形成了一层保护膜。

双子型有机缓蚀剂研究进展

工业生产中油井酸化压裂、CO_(2)驱油、酸洗除垢、污水管道锈蚀等过程中均涉及金属的腐蚀,加入缓蚀剂是解决各类腐蚀问题最便捷有效的方法之一,其中双子型有机缓蚀剂有双季铵盐、双席夫碱及双曼尼希碱等类型。本文对我国近年来双子型有机缓蚀剂的发展进行综述,详细介绍了各类双季铵盐、双席夫碱及双曼尼希碱有机缓蚀剂的制备及其在防腐蚀领域的应用,并对绿色高效有机缓蚀剂的未来发展进行了展望。

新型高温酸化缓蚀剂SJ-1的制备及性能研究

为进一步增强酸化缓蚀剂在高温深井中的缓蚀效果,以氯甲基萘为季铵化中间体,与双曼尼希碱反应,合成得到一种双曼尼希碱季铵盐,通过单因素分析法优选复配分散剂和增效剂得到高温酸化缓蚀剂SJ-1,使用失重法和电化学法评价其缓蚀性能。研究结果表明,高温酸化缓蚀剂SJ-1在180℃下,加量仅为3%时,就能使N80钢片在20%盐酸和土酸中的腐蚀速率分别达到70.15 g/(m^(2)·h)和65.32 g/(m^(2)·h),均小于SY/T 5405—2019中的一级指标;高温酸化缓蚀剂SJ-1是以抑制阳极过程为主的混合控制型缓蚀剂;量子化学计算结果表明,以氯甲基萘为中间体合成的双曼尼希碱季铵盐缓蚀性能优于以氯化苄为中间体合成的。