哌嗪类曼尼希碱壳聚糖缓蚀剂的制备及缓蚀性能研究

目的 解决海底采油设备酸化腐蚀问题,合成一种绿色的派嗪类曼尼希碱壳聚糖衍生物缓蚀剂CS-N-MB,并研究其在15％(质量分数)盐酸溶液中对N80钢的缓蚀性能,计算研究其在金属表面的作用机理.方法 以曲酸和N-甲基哌嗪为原料,经过曼尼希反应,合成曼尼希碱(MB),再将该曼尼希碱接枝到壳聚糖分子上.采用红外光谱表征所合成产物,利用电化学法和静态失重法评价CS-N-MB在该强酸环境中对N80钢的缓蚀能力.基于密度泛函理论,研究壳聚糖(CS)和CS-N-MB的反应活性,明确活性位点,并通过分子动力学计算缓蚀剂的吸附能以及体系中水分子的均方位移.结果 在15％盐酸环境中,CS-N-MB对N80钢具有良好的缓蚀作用,且当缓蚀剂添加量小于200 mg/L时,随着浓度的增加,N80钢的腐蚀速率逐渐减小.当缓蚀剂添加量大于200 mg/L时,短时间内,随着浓度的增加,N80钢的腐蚀速率又略微增大,而72 h后N80钢的腐蚀速率略微减小并趋于稳定.电化学研究表明,CS-N-MB能够同时抑制腐蚀的阴极反应和阳极反应,是混合型缓蚀剂.分子模拟结果表明,CS-N-MB的主要活性位点集中在N、O以及环状结构处,且加入缓蚀剂后,体系中水分子的运动减缓,抑制了金属腐蚀的发生.结论 CS-N-MB是一种在强酸环境中仍有良好缓蚀效果的绿色缓蚀剂,多个活性中心可在金属表面形成致密的保护膜,从而有效抑制了金属的腐蚀.