一種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法

2023-06-05 05:27:51 1

專利名稱：：一種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法
技術領域：
：本發明涉及一種防止、延緩碳鋼在酸性介質中腐蝕的緩蝕劑，具體涉及一種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法，屬於金屬腐蝕與防護
技術領域：
。石油和化學工業生產中酸性介質對金屬設備的腐蝕造成的經濟損失是驚人的，加入緩蝕劑是常用的解決方法。近年酸性介質中碳鋼有機緩蝕劑的研究和應用已經取得了較大的進展。2005年，沈建等人的研究表明，苯並咪唑類化合物在5%鹽酸溶液中對碳鋼具有較好的緩蝕效果。苯並咪唑由於1，3位上兩個N原子的高活性而極易在金屬表面附著，可通過引入合適的取代基來提高緩蝕性能。2006年，Chetouani等研究了三吡唑取代三甲胺作為緩蝕劑的作用機理。2006年，李偉華公開了一種三唑類碳鋼酸洗緩蝕劑(CN101139723A)，可防止酸洗過程中基體金屬的過度浸蝕和酸液的過多消耗。2007年，李春梅等人研究了酸性介質中聚天冬氨酸對45#碳鋼的緩蝕作用及其影響因素。開發新型高效、低毒的綠色環保有機緩蝕劑是目前緩蝕劑的發展趨勢。本發明提出一種用於酸性介質的吡咯烷酮離子液體緩蝕劑。離子液體是由有機陽離子和無機或有機陰離子組成的、在室溫或室溫附近溫度下呈液態的鹽類，一般是指熔點在IO(TC以下的低溫有機熔鹽，具有揮發性極小、不可燃、化學穩定性和熱穩定性好等環保特性。因此本發明的吡咯烷酮類離子液體緩蝕劑區別於普通有機緩蝕劑，符合緩蝕劑的展趨勢，具有工業應用前景。
發明內容本發明的目的是提供一種把離子液體用作鹽酸介質中的碳鋼緩蝕劑的方法。本發明採用的技術方案—種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法，在15°C70°C的0.lmol/L3mol/L鹽酸介質溶液中，1-辛基_2-吡咯烷酮離子液體加入濃度為0.5mmol/L5mmol/L。所述l-辛基-2-吡咯烷酮離子液體是由l-辛基-2-吡咯烷酮陽離子和無機或有機陰離子組成，具有以下化學結構通式(I):CI)formulaseeoriginaldocumentpage3其中B—為HS04—、N03—、H2P04—、CH3C00—、PTSA—、BF4—、PF6—、CH3S03—、Br—或Cl—。離子液體的製備方法(參照專利CN1880303A):在250ml三口燒瓶中稱取19克
背景技術：
：的l-辛基-2-吡咯烷酮，冰浴下緩慢滴加等物質量的上述陰離子相應的酸。加料完畢後，6(TC攪拌反應12小時。產物用環己烷洗滌三次，8(TC真空乾燥6小時即得產品，室溫下為淡黃色液體。本發明的有益效果1.本發明中吡咯烷酮離子液體用作碳鋼緩蝕劑，與普通有機緩蝕劑相比，具有離子液體的優點，沒有可測的蒸氣壓，因此在溶液中不揮發，沒有惡臭氣味。生物毒性低。2.緩蝕劑的製備原料易得，工藝簡單，條件溫和；緩蝕劑水溶性好，添加量少，適用介質濃度範圍寬，對碳鋼的緩蝕率可達到90%以上，緩蝕效果顯著。屬於綠色高效緩蝕劑。圖1是Q235碳鋼在未加和加入不同離子液體緩蝕劑的lmol/L鹽酸溶液中的交流阻抗圖(Nyquist圖)，曲線1為未加緩蝕劑的鹽酸溶液(空白)，曲線2為加入了5mmol/L1-辛基-2-吡咯烷酮，曲線3、4和5分別為加入了5mmol/L1-辛基-2-吡咯烷酮四氟硼酸鹽/鹽酸鹽/硫酸氫鹽。橫坐標Z'表示阻抗的實部，縱坐標Z〃表示阻抗的虛部，單位均為Qcm2。圖2是Q235碳鋼在未加和加不同濃度緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽的lmol/L鹽酸溶液中的極化曲線圖。曲線1為未加緩蝕劑的鹽酸溶液(空白)，曲線5、6和7分別為加入了5mmol/L、lmmol/L和0.5mmol/L的1-辛基-2-吡咯烷酮硫酸氫鹽。橫坐標E表示電壓(V)，；縱坐標lgi表示電流密度(Acm—2)的對數。具體實施例方式分別以掛片失重法和電化學法對本發明的緩蝕效果進行評價。掛片失重法(I)評價方法將Q235碳鋼試片(2cmXlcmXO.lcm)分別掛入已加和未加緩蝕劑的鹽酸介質溶液中，進行浸泡試驗。參照SY/T5273-2000方法測定緩蝕率。(2)評價步驟I.用去離子水和濃鹽酸溶液配製0.lmol/L3mol/L的鹽酸溶液。II.打磨、清洗碳鋼試片，分析天平稱重。III.配製添加和未添加(空白)緩蝕劑的鹽酸溶液。IV.碳鋼分別浸入添加和未添加緩蝕劑的試驗介質溶液(50ml)，分別在15°C7(TC下恆溫試驗324小時。V.取出碳鋼試片，分別用去離子水與乙醇清洗，乾燥，稱重，按以下公式計算緩蝕率formulaseeoriginaldocumentpage4式中n-緩蝕率，％;Am。-空白試驗中試片質量損失，g;Am-加緩蝕劑試驗中試片的質量損失，g。電化學法(1)評價方法電化學測試系統採用德國ZAHNERM6。實驗中採用三電極體系，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，工作電極為Q235碳鋼，工作面積為lcm2，非工作表面用環氧樹脂封裝。交流阻抗譜的測量頻率為0.1Hz60kHz，交流激勵信號幅值為5mV，極化曲線掃描速率為0.5mV/s。(2)評價步驟I.用去離子水和濃鹽酸溶液配製不同濃度的鹽酸溶液。II.打磨、清洗碳鋼試片。III.配製添加和未添加(空白)緩蝕劑的鹽酸溶液。IV.測定碳鋼在不同的試驗介質溶液中的交流阻抗Nyquist和極化曲線圖，然後以對實驗結果進行計算和分析。圖1是Q235碳鋼在未加和加入不同離子液體緩蝕劑的lmol/L鹽酸溶液中的交流阻抗圖(Nyquist圖)，曲線1為未加緩蝕劑的鹽酸溶液(空白)，曲線2為加入了5mmol/L1-辛基-2-吡咯烷酮，曲線3、4和5分別為加入了5mmol/L1-辛基-2-吡咯烷酮四氟硼酸鹽/鹽酸鹽/硫酸氫鹽。。交流阻抗Nyquist圖中，阻抗弧的弦長對應於電極的傳遞電阻Rt，Rt越大，說明緩蝕劑性能越好。從圖l可知，與空白相比，四種緩蝕劑均具有一定的緩蝕性能，三種離子液體緩蝕性能均優於1-辛基_2-吡咯烷酮，其中1-辛基-2-吡咯烷酮硫酸氫鹽緩蝕性能最佳。結果表明，緩蝕劑加入鹽酸體系後，在碳鋼表面形成有效的屏蔽層，起緩蝕作用。圖2是Q235碳鋼在未加和加不同濃度離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽的lmol/L鹽酸溶液中的極化曲線圖。曲線l為未加緩蝕劑的鹽酸溶液(空白)，曲線5、6和7分別為加入了5mmol/L、lmmol/L和0.5mmol/L的1-辛基-2-吡咯烷酮硫酸氫鹽。表1是Q235碳鋼在lmol/L鹽酸溶液中添加不同濃度離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽的極化曲線計算結果。表l極化曲線計算結果緩蝕劑緩蝕劑濃度溫度自腐蝕電位腐蝕電流密度緩蝕率(mmol/L)(。C)(V)(A-cm-2)(%)空白030-0.430332xl(T4一(lmol/L鹽酸)l-辛基-2-吡唂烷0.530-0.50990.0酮硫酸氫鹽l-辛基-2-吡唂垸130-0.5222.66x10—592.2酮硫酸氫鹽l-辛基-2-吡略烷30-0.48496.0酮硫酸氫鹽注試驗介質溶液為lmol/L鹽酸溶液。由圖2和表1可見，相對於空白，隨著加入1-辛基_2-吡咯烷酮硫酸氫鹽濃度的增加，腐蝕電流密度減少，表明緩蝕劑具有明顯的緩蝕效果。下面實施例是對本發明方法的進一步說明，但本發明並不限於下述實施例。實施例1:試驗介質為lmol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽2mmol/L。在3(TC下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中6小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為96%。碳鋼表面無明顯腐蝕痕跡。實施例2:試驗介質為3mol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮鹽酸鹽3mmol/L。在15。C條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中6小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為95%。碳鋼表面無明顯腐蝕痕跡。實施例3:試驗介質為3mol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮四氟硼酸鹽4mmol/L。在3(TC條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中6小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為95%。碳鋼表面無明顯腐蝕痕跡。實施例4:試驗介質為lmol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽3mmol/L。在5(TC條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中6小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為96%。碳鋼表面無明顯腐蝕痕跡。實施例5:試驗介質為採用lmol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮鹽酸鹽O.5mmol/L。在3(TC條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中6小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為90%。碳鋼局部表面顏色稍深。實施例6:試驗介質為lmol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽3mmol/L。在3(TC條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中3小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為97%。碳鋼表面無明顯腐蝕痕跡。在相同條件下測得l-辛基-2-吡咯烷酮緩蝕率為86%。實施例7:試驗介質為lmol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮四氟硼酸鹽3mmol/L。在15。C條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中3小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為95%。碳鋼表面無明顯腐蝕痕跡。實施例8:試驗介質為0.lmol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽5mmol/L。在3(TC條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中24小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為91%。碳鋼局部表面顏色稍深。實施例9:試驗介質為lmol/L鹽酸溶液，加入離子液體緩蝕劑1_辛基_2_吡咯烷酮硫酸氫鹽4mmol/L。在7(TC條件下將碳鋼試片分別浸沒於添加緩蝕劑和未添加緩蝕劑的鹽酸溶液中3小時，由試片的質量損失測得離子液體的緩蝕率為95%。碳鋼表面無明顯腐蝕痕跡。以上實施例的掛片失重法測定結果見表2。表2掛片失重法測定結果tableseeoriginaldocumentpage7注Am=mi-m2.緩蝕劑種類3、4和5分別為1_辛基_2_吡咯烷酮四氟硼酸鹽/鹽酸鹽/硫酸氫鹽，6為1-辛基-2-吡咯烷酮。權利要求一種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法，其特徵在於在15℃～70℃的0.1mol/L～3mol/L鹽酸介質溶液中，1-辛基-2-吡咯烷酮離子液體加入濃度為0.5mmol/L～5mmol/L。2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述l-辛基-2-吡咯烷酮離子液體是由l-辛基-2-吡咯烷酮陽離子和無機或有機陰離子組成，具有以下化學結構通式(I):formulaseeoriginaldocumentpage2其中B—為HS04—、N03—、H2P04—、CH3C00—、PTSA—、BF4—、PF6—、CH3S03—、Br—或C1—。全文摘要本發明公開了一種離子液體用作碳鋼緩蝕劑的方法，離子液體是由1-辛基-2-吡咯烷酮陽離子和無機或有機陰離子組成，其中陰離子是HSO4-、NO3-、H2PO4-、CH3COO-、PTSA-、BF4-、PF6-、CH3SO3-、Br-或Cl-，在15℃～70℃的0.1mol/L～3mol/L鹽酸介質溶液中，離子液體加入濃度為0.5mmol/L～5mmol/L時，對碳鋼的緩蝕率可達到90％以上；失重法和電化學測試結果均表明緩蝕效果顯著，與普通有機緩蝕劑相比，本發明使用的緩蝕劑具有離子液體的優良性能，沒有可測的蒸氣壓，因此在溶液中不揮發，沒有惡臭氣味，而且生物毒性低，屬於綠色高效緩蝕劑。文檔編號C23F11/167GK101736345SQ20101001934公開日2010年6月16日申請日期2010年1月12日優先權日2010年1月12日發明者劉軍,張焜,徐效陵,方巖雄,林偉娜,譚偉,陳鴻宇,雷勵斌,霍延平,黃寶華申請人:廣東工業大學