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添加缓蚀剂是抑制金属材料腐蚀的有效方法之一,它可以在金属材料表面形成保护膜,从而阻碍腐蚀介质对金属材料的直接接触,降低腐蚀速率,是一种高效,安全,廉价的抑制金属材料腐蚀的方法,被广泛的应用于工业生产尤其是酸洗、酸浸以及油气井酸化压裂过程。过去的几十年里,科研工作者们针对不同金属、不同环境研发出大量的缓蚀剂。尽管如此,科研工作者对新的高效、无毒和环境友好型的缓蚀剂的开发从来没有停止。近年来,离子液体尤其是咪唑类离子液体因为其优良的物理化学性能吸引了越来越多科研工作者的关注。 本文合成了1-乙烯基-3-氨丙基咪唑四氟硼酸盐([VAIM]BF4)和1-乙烯基-3-氨丙基咪唑溴盐([VAIM]Br)等两种咪唑类离子液液体,并通过核磁共振氢谱和红外光谱等方法对其结构进行了表征。此外,采用静态失重法、动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、量子化学计算、分子动力学模拟等方法研究了[VAIM]BF4在1.0 M HCl溶液中对碳钢的缓蚀作用。同时,还探究了[VAIM]Br在0.5 M H2SO4和1.0 M HCl溶液中对碳钢的腐蚀抑制作用。主要成果如下: (1)[VAIM]BF4和[VAIM]Br在1.0 M HCl溶液中均表现出良好的腐蚀抑制性能,且他们的缓蚀效率都随着其浓度的升高而升高。[VAIM]Br在0.5M H2SO4中对碳钢也具有良好的缓蚀作用,并且[VAIM]Br在0.5 M H2SO4中的缓蚀效果要好于在1.0MHCl中。 (2)[VAIM]BF4和[VAIM]Br在酸性介质中的吸附过程均遵循Langmuir吸附等温式,且吸附过程都是自发进行。两种缓蚀剂都能够抑制阴极的析氢反应和阳极金属的溶解反应,防止金属被腐蚀。吸附自由能和活化能的计算结果表明,[VAIM]BF4和[VAIM]Br在金属表面的吸附既包括物理吸附过程,也存在化学吸附过程。 (3) SEM和XPS等表面分析手段证明了[VAIM]BF4和[VAIM]Br能吸附在碳钢的表面,阻碍腐蚀介质对碳钢的侵蚀,从而提高缓蚀效率。 (4)量子化学计算结果显示,[VAIM]BF4分子中碳链和氨基部分为主要的供电子体,咪唑环和双键部分是电子接受体。且[VAIM]BF4分子在碳钢表面主要形成配位键。 (5)分子动力学模拟了[VAIM]Br和[VAIM]BF4在金属表面的吸附状态。结果表明[VAIM]Br和[VAIM]BF4分子都以接近平面的形式吸附在Fe(110)晶面,Einteraction值均为负值,说明缓蚀剂分子是自发吸附在碳钢表面。