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几种油田水用缓蚀剂的合成、评价及机理研究

作　者: 刘洁
导　师: 刘峥
学　校: 桂林理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 席夫碱缓蚀剂分子动力学碳钢油田水
分类号: TE39
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文合成出三种新的3,5-二溴水杨醛席夫碱化合物（L1、L2、L3）和三种2-氨基苯并咪唑席夫碱化合物（D1、D2、D3），通过X-射线单晶衍射、紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、核磁共振氢谱和热重分析对所合成席夫碱的结构和性质进行了表征。通过失重法、塔菲尔极化曲线法、交流阻抗法、扫描电镜法和X射线光电子能谱法对六种席夫碱缓蚀剂在油田水中对碳钢的缓蚀性能进行了研究。失重实验和极化曲线测试结果表明六种缓蚀剂都有较好的缓蚀性能，当缓蚀剂浓度在75mg/L时缓蚀率均已达到80%以上。席夫碱缓蚀能力大小为L2＞L1＞L3和D3＞D2＞D1，六种缓蚀剂均为阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。交流阻抗实验结果表明，加入缓蚀剂后电荷转移电阻Rct值明显增大，说明缓蚀剂对碳钢的腐蚀有良好的抑制作用。扫描电镜结果表明，加入缓蚀剂后碳钢试片表面的腐蚀程度大大降低。说明缓蚀剂分子能够在碳钢表面吸附形成致密的分子膜并起到缓蚀效果。X射线光电子能谱分析结果表明，说明缓蚀剂分子能够在碳钢表面吸附形成致密的分子吸附膜并起到缓蚀效果。使用分子动力学模拟软件Materials Studio5.5研究了真空和溶液条件下六种缓蚀剂分子在Fe(100)面的吸附过程以及腐蚀介质粒子在缓蚀剂膜中的扩散过程。结果表明，六种席夫碱缓蚀剂均可平行吸附于金属表面，吸附方式为多中心化学吸附。与真空中席夫碱缓蚀剂分子吸附能相比，溶液中缓蚀剂分子的吸附能明显变弱。吸附能大小为L2＞L1＞L3，D3＞D2＞D1，其中L3略大于D3。吸附能越大，缓蚀效果越好，这与电化学方法的研究结果相吻合。径向分布函数曲线的研究表明席夫碱分子中的C、N、O、S等原子与Fe原子间形成化学键，在Fe表面发生化学吸附。通过分析腐蚀介质离子在缓蚀膜中的均方位移曲线和扩散系数可以看出缓蚀剂膜有效控制住了腐蚀介质的扩散迁移。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-11
第1章绪论  11-23
  1.1 原油生产中的腐蚀  11-12
    1.1.1 钻井系统中的腐蚀  11
    1.1.2 采油及集输系统中的腐蚀  11-12
  1.2 原油生产中影响腐蚀的因素  12-15
    1.2.1 电化学腐蚀  12
    1.2.2 硫化氢腐蚀  12-13
    1.2.3 二氧化碳腐蚀  13
    1.2.4 溶解氧腐蚀  13-14
    1.2.5 盐类腐蚀  14
    1.2.6 微生物腐蚀  14-15
  1.3 缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用  15-20
    1.3.1 咪唑啉类缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用  15-16
    1.3.2 有机磷酸类缓剂在原油生产腐蚀防护中的应用  16-17
    1.3.3 杂环型缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用  17
    1.3.4 三唑类缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用  17-18
    1.3.5 季铵盐类缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用  18-19
    1.3.6 炔醇类缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用  19
    1.3.7 席夫碱类缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用  19-20
  1.4 缓蚀剂的发展趋势与展望  20-21
  1.5 本论文的主要研究内容和研究方法  21
  1.6 本论文的研究意义和研究目的  21-23
第2章 3,5-二溴水杨醛席夫碱和苯并咪唑席夫碱及其过渡金属配合物的合成、表征及晶体结构  23-63
  2.1 引言  23
  2.2 实验部分  23-29
    2.2.1 主要试剂和仪器  23-24
    2.2.2 3,5-二溴水杨醛席夫碱和苯并咪唑席夫碱缓蚀剂的合成方法  24-28
    2.2.3 席夫碱及配合物的晶体培养方法  28-29
  2.3 结果与讨论  29-62
    2.3.1 晶体结构解析  29-49
    2.3.2 红外光谱分析  49-54
    2.3.3 紫外-可见光谱分析  54-56
    2.3.4 热重（TG/DTG）分析  56-58
    2.3.5 核磁共振氢谱分析  58-62
  2.4 本章小结  62-63
第3章 2-氨基苯并咪唑席碱在油田水中对碳钢的缓蚀作用研究  63-82
  3.1 引言  63
  3.2 主要试剂与仪器  63-66
    3.2.1 主要试剂  63-64
    3.2.2 主要仪器  64
    3.2.3 溶液的制备和碳钢试片前处理  64-66
  3.3 缓蚀性能测试  66-67
    3.3.1 失重法实验步骤  66-67
    3.3.2 电化学方法步骤  67
  3.4 结果与讨论  67-80
    3.4.1 失重实验分析  67-69
    3.4.2 塔菲尔极化曲线分析  69-74
    3.4.3 电化学交流阻抗谱分析  74-76
    3.4.4 扫描电镜分析  76-78
    3.4.5 X 射线光电子能谱分析(XPS)  78-80
  3.5 本章小结  80-82
第4章 3,5-二溴水杨醛席夫碱在油田水中对碳钢缓蚀作用研究  82-104
  4.1 引言  82
  4.2 主要试剂与仪器  82
  4.3 缓蚀性能测试  82-83
  4.4 结果与讨论  83-102
    4.4.1 塔菲尔极化曲线分析  83-92
    4.4.2 交流阻抗谱分析  92-97
    4.4.3 扫描电镜分析  97-98
    4.4.4 X 射线光电子能谱分析(XPS)  98-102
  4.5 本章小结  102-104
第5章席夫碱缓蚀剂在金属表面吸附的分子动力学模拟  104-119
  5.1 引言  104-105
  5.2 模型的建立和计算  105-108
    5.2.1 模型建立  105-107
    5.2.2 计算  107-108
  5.3 动力学模拟及分析  108-118
    5.3.1 体系的平衡  108-111
    5.3.2 席夫碱分子在 Fe(100)面上的吸附能  111-114
    5.3.3 席夫碱分子在 Fe(100)面上的径向分布函数  114-118
  5.4 本章小结  118-119
第6章溶液中席夫碱缓蚀剂在金属表面吸附的分子动力学模拟  119-135
  6.1 引言  119
  6.2 模型的建立和计算  119-124
    6.2.1 模型建立  119-123
    6.2.2 计算  123-124
  6.3 动力学模拟及分析  124-133
    6.3.1 体系的平衡  124-127
    6.3.2 溶液中席夫碱分子在 Fe(100)面上的吸附能  127-130
    6.3.3 席夫碱分子在 Fe(100)面上的径向分布函数  130-133
  6.4 本章小结  133-135
第7章腐蚀介质粒子在缓蚀剂吸附膜中扩散行为的研究  135-141
  7.1 引言  135
  7.2 模型的建立和计算  135-137
    7.2.1 模型建立  135-136
    7.2.2 计算  136-137
  7.3 动力学模拟及分析  137-140
    7.3.1 体系的平衡  137
    7.3.2 腐蚀离子在席夫碱缓蚀剂分子膜中的扩散  137-139
    7.3.3 扩散系数  139-140
  7.4 本章小结  140-141
第8章全文总结  141-143
致谢  143-144
参考文献  144-152
附录：本文合成出的六种席夫碱化合物的结构图及简写  152-153
个人简介、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文  153-154

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