酸性介質(zhì)中咪唑基離子液體對碳鋼的緩蝕性能研究.pdf

1、離子液體綠色環(huán)保和可設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及潛在的巨大數(shù)量和緩蝕性能，符合環(huán)境友好型緩蝕劑發(fā)展的時(shí)代需求，但這方面的研究較少且不成體系。本論文通過失重法和電化學(xué)方法系統(tǒng)研究了陰離子，烷基鏈長、取代基的數(shù)目和類型以及腐蝕介質(zhì)對咪唑基離子液體緩蝕性能的影響，深入討論了咪唑基離子液體在碳鋼表面的吸附行為，并在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，對咪唑基離子液體的量化參數(shù)和緩蝕性能之間的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了分析。此外，一些特定結(jié)構(gòu)的咪唑基離子液體對碳鋼的緩蝕性能和緩蝕機(jī)理也被研究

2、和討論。本論文的主要工作和創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)如下：
　　①研究了1-己基-3-甲基咪唑氯鹽([HMIM]Cl)、溴鹽([HMIM]Br)、碘鹽([HMIM]I)、硫酸氫鹽([HMIM]HSO4)、硝酸鹽([HMIM]NO3)和磷酸二氫鹽([HMIM]H2PO4)對碳鋼分別在H2SO4和HCl溶液中的緩蝕性能。特別地，一種氨基酸離子液體——1-辛基-3-甲基咪唑L-脯氨酸鹽([OMIM]LPro)對碳鋼在H2SO4溶液中的緩蝕性能和緩蝕機(jī)理也

3、被研究和討論。研究發(fā)現(xiàn)：
　　陰離子是影響咪唑基離子液體緩蝕性能的重要因素，而這取決于陰離子在電極表面的吸附能力和酸的種類。離子液體中的陰離子和酸的陰離子在碳鋼表面的吸附存在競爭吸附和聯(lián)合吸附兩種不同的情況。
　　在0.5mol/L H2SO4溶液中，[HMIM]NO3對碳鋼不具有緩蝕作用，[HMIM]HSO4和[HMIM]H2PO4的緩蝕性能也較差，[HMIM]Cl、[HMIM]Br和[HMIM]I的緩蝕性能依次增強(qiáng)。除[

4、HMIM]I為一種以抑制陰極為主的混合型緩蝕劑外，其它四種離子液體均為“謙遜”的陰極型緩蝕劑。但在1.0mol/L HCl溶液中，研究的六種離子液體均為混合抑制型緩蝕劑，在低濃度時(shí)，[HMIM]HSO4和[HMIM]NO3表現(xiàn)出比[HMIM]Cl更好的緩蝕性能，而[HMIM]H2PO4具有良好的緩蝕作用，在相同濃度下，其緩蝕效率與[HMIM]I的相當(dāng)，在濃度為10.0mM時(shí)，緩蝕效率達(dá)92.7％。對陰離子為鹵素負(fù)離子的離子液體，緩蝕性能

5、仍按Cl-、Br-、I-的順序依次增強(qiáng)，但[HMIM]Cl和[HMIM]Br的緩蝕性能相近。
　　在0.5mol/L H2SO4溶液中，Langmuir等溫方程及經(jīng)Villamil修正了的Langmuir等溫方程、El-Awady熱-動力學(xué)模型和Flory-Huggins等溫方程被發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在良好的關(guān)系，其中[HMIM]HSO4只對El-Awady熱-動力學(xué)模型具有較好的響應(yīng)。在1.0mol/L HCl溶液中，離子液體在

6、碳鋼表面的吸附仍符合除Flory-Huggins等溫方程外的其它兩種吸附等溫方程。
　　[OMIM]LPro對碳鋼在0.5mol/L H2SO4溶液中是一種以抑制陰極為主的混合型緩蝕劑，其緩蝕效率隨其濃度的增加而增大，隨實(shí)驗(yàn)溫度的升高而降低，且溫度對其緩蝕性能具有強(qiáng)烈的影響。OMIM陽離子對[OMIM]LPro的緩蝕性能起到了比脯氨酸陰離子更重要的作用，在濃度較低時(shí)，兩者之間存在緩蝕協(xié)同效應(yīng)，在高濃度時(shí)，由于競爭吸附，表現(xiàn)為拮抗效

7、應(yīng)。[OMIM]LPro在碳鋼表面的吸附符合El-Awady熱-動力學(xué)模型和Flory-Huggins等溫方程。
　　②研究了六種烷基鏈長不同的1-烷基-3-甲基咪唑溴鹽對碳鋼在 H2SO4溶液中的緩蝕性能，分析了烷基鏈長對咪唑基離子液體緩蝕性能的影響和其量化參數(shù)與緩蝕效率之間的構(gòu)效關(guān)系。另，一種新型離子液體——1-丁基-3-甲基苯并咪唑碘鹽(BMBIMI)對碳鋼的在H2SO4溶液中的緩蝕性能也被測試。研究發(fā)現(xiàn)：
　　1-烷

8、基-3-甲基咪唑溴鹽在H2SO4溶液中對碳鋼的緩蝕性能總體隨烷基鏈長的增長而增強(qiáng)，在烷基鏈長達(dá)到12時(shí)，表現(xiàn)出良好的緩蝕作用。研究的六種離子液體均屬于“謙遜”的陰極型緩蝕劑，在碳鋼表面的吸附滿足Langmuir、El-Awady和Flory-Huggins三種等溫方程。理論計(jì)算表明1-烷基-3-甲基咪唑溴鹽的緩蝕效率與咪唑陽離子的量化參數(shù)之間存在很好的一致性，并獲得了量化參數(shù)和緩蝕效率之間的構(gòu)效關(guān)系方程。
　　BMBIMI被發(fā)現(xiàn)對

9、碳鋼在0.5mol/L H2SO4溶液中是一種優(yōu)良的混合抑制型緩蝕劑，在濃度為5.0mM時(shí)的緩蝕效率高達(dá)97%，且在高濃度下，隨溫度升高，緩蝕效率增大，表現(xiàn)出良好的溫度效應(yīng)。BMBIMI通過分子中的苯并咪唑環(huán)以平行的方式吸附在碳鋼表面，且吸附規(guī)律滿足Langmuir等溫方程。
　?、垩芯苛宋宸N取代基不同的咪唑基離子液體，即1-辛基咪唑溴鹽([OIM]Br)、1-辛基-3-甲基咪唑溴鹽([OMIM]Br)、1-辛基-2,3-二甲基咪

10、唑溴鹽([ODMIM]Br)、1-烯丙基-3-辛基咪唑溴鹽([AOIM]Br)和1-芐基-3-甲基咪唑溴鹽([BzMIM]Br)，對碳鋼在H2SO4溶液中的緩蝕性能。研究發(fā)現(xiàn)：
　　取代基對離子液體的緩蝕性能產(chǎn)生了明顯影響。由于空間位阻效應(yīng)，隨取代基數(shù)目的增加，咪唑基離子液體的緩蝕性能減小，而且，取代基的供電子能力和烷基鏈的空間構(gòu)型也會影響咪唑基離子液體的緩蝕性能。研究的五種離子液體緩蝕性能的順序?yàn)椋篬OIM]Br>[AOIM]B

11、r>[OMIM]Br>[ODMIM]Br>[BzMIM]Br。除[OIM]Br對碳鋼在H2SO4溶液中為混合抑制型緩蝕劑外，其它四種均為“謙遜”的陰極型緩蝕劑。它們在碳鋼表面的吸附符合Langmuir等溫方程及Villamil修正了的Langmuir等溫方程和El-Awady熱-動力學(xué)模型。
　　在分析構(gòu)效關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，量化和分子結(jié)構(gòu)參數(shù)與緩蝕性能之間不存在固定的關(guān)系，甚至?xí)耆喾?。只有找到造成分子性質(zhì)差異的主要因素，才能進(jìn)而分析