【摘 要】
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材料的腐蚀是石油天然气行业面临的世界性难题。添加缓蚀剂是最主要的腐蚀抑制方法之一。添加缓蚀剂因具有成本低、见效快、操作简单的特点而被广泛使用。在工业生产中,为了进一步提高缓蚀剂的效率、降低成本,通常将两种或者两种以上的缓蚀剂复配后使用。本论文旨在从理论角度研究缓蚀剂协同作用机理,为缓蚀剂的复配应用提供理论支持。论文同时使用实验和分子模拟技术研究了油酸咪唑啉（OIM）和L-半胱氨酸（CYS）两种绿色
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材料的腐蚀是石油天然气行业面临的世界性难题。添加缓蚀剂是最主要的腐蚀抑制方法之一。添加缓蚀剂因具有成本低、见效快、操作简单的特点而被广泛使用。在工业生产中,为了进一步提高缓蚀剂的效率、降低成本,通常将两种或者两种以上的缓蚀剂复配后使用。本论文旨在从理论角度研究缓蚀剂协同作用机理,为缓蚀剂的复配应用提供理论支持。论文同时使用实验和分子模拟技术研究了油酸咪唑啉（OIM）和L-半胱氨酸（CYS）两种绿色缓蚀剂之间的协同效应,旨在分析协同机理。首先使用失重法和电化学技术手段研究了油酸咪唑啉和L-半胱氨酸缓蚀剂在单独与协同使用时对碳钢的缓蚀性能;然后采用密度泛函理论研究了油酸咪唑啉分子与L-半胱氨酸分子的活性位点;最后用分子力学和分子动力学方法研究了油酸咪唑啉和L-半胱氨酸在Fe（110）表面的动力学吸附过程,探讨了协同作用机理。通过研究得出的主要结论如下:1.失重实验和电化学实验结果表明:油酸咪唑啉和L-半胱氨酸两种缓蚀剂协同使用时对Q235碳钢在含有饱和CO2的3.5 wt.%NaCl溶液中的缓蚀效率达到91.14%,明显高于两者单独使用时的缓蚀效率。两种缓蚀剂复配使用时,具有明显的协同作用,其协同指数S为2.45。电化学分析表明:油酸咪唑啉和L-半胱氨酸复配缓蚀剂是一种双层膜吸附缓蚀机理。2.密度泛函计算结果表明:油酸咪唑啉分子的反应活性区域分布在头基咪唑环上,L-半胱氨酸分子的反应活性区域位于-SH极性基团上,且油酸咪唑啉的反应活性较L-半胱氨酸强,这一结果与实验结果一致。3.分子动力学模拟结果表明:两种缓蚀剂分子在金属表面均为平行吸附构型。油酸咪唑啉分子的吸附能绝对值为120.95 kcal·mol-1,大于L-半胱氨酸分子的吸附能绝对值55.09 kcal·mol-1。同种缓蚀剂分子随着吸附个数的增加,缓蚀剂膜致密性增强,与金属表面的相互作用能增大,油酸咪唑啉和L-半胱氨酸的最佳吸附分子数目分别为12和36。同时,两者混合吸附时,油酸咪唑啉分子和L-半胱氨酸分子在Fe（110）面均呈水平吸附构型,形成双层混合吸附缓蚀剂膜,油酸咪唑啉分子是缓蚀剂膜的主体,L-半胱氨酸分子补缺使膜层更加致密。当油酸咪唑啉分子与L-半胱氨酸分子为3:1时,缓蚀效果最好,这一结果与实验结果一致。
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