【摘 要】
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随着我国大量深井、超深井（＞7000 m）的开发,温度和压力的升高使用于开采油井的金属设施遭到了严重的腐蚀,为了减缓油井中金属设施的腐蚀,人们采用电化学阴极保护法、涂层法和添加缓蚀剂等多种方法进行防腐,其中添加缓蚀剂是最有效的防腐措施,因此人们对于高温缓蚀剂具有较大的需求。席夫碱缓蚀剂在高温下具有较好的缓蚀性能,但是席夫碱缓蚀剂在不同温度下的缓蚀机理尚未成熟,不同分子结构的席夫碱缓蚀剂在不同温度下
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随着我国大量深井、超深井（＞7000 m）的开发,温度和压力的升高使用于开采油井的金属设施遭到了严重的腐蚀,为了减缓油井中金属设施的腐蚀,人们采用电化学阴极保护法、涂层法和添加缓蚀剂等多种方法进行防腐,其中添加缓蚀剂是最有效的防腐措施,因此人们对于高温缓蚀剂具有较大的需求。席夫碱缓蚀剂在高温下具有较好的缓蚀性能,但是席夫碱缓蚀剂在不同温度下的缓蚀机理尚未成熟,不同分子结构的席夫碱缓蚀剂在不同温度下具有不一样的缓蚀效果,这可能主要归因于不同分子结构的席夫碱缓蚀剂在金属表面上的吸附构型、吸附方式和电荷转移之间的差异,目前并没有明确的理论研究。本文选用具有较大体积的苯环和较大极性的卤素基团来修饰苯胺类席夫碱,进而合成具有苯环基团和卤素基团的五种苯胺类席夫碱缓蚀剂。采用失重测试、腐蚀形貌分析、电化学测试和热力学参数计算法对苯胺类席夫碱缓蚀剂的缓蚀性能进行研究,通过分子动力学模拟和量子化学计算探讨温度影响苯胺类席夫碱对N80钢在盐酸溶液中的缓蚀机理。对于带有苯环结构的苯胺类席夫碱缓蚀剂,失重测试和腐蚀形貌结果表明,苯胺苯乙酮（B-S）缓蚀剂的缓蚀效率大于苯胺二苯甲酮（BB-S）缓蚀剂的缓蚀效率,且随着温度的升高,B-S缓蚀剂和BB-S缓蚀剂的缓蚀效率逐渐降低,当温度为90℃时,B-S缓蚀剂和BB-S缓蚀剂的缓蚀效率已完全失效,电化学数据表明温度的变化主要影响的是碳钢阳极反应过程,动力学模拟和量子化学计算数据说明随着温度的升高,B-S缓蚀剂和BB-S缓蚀剂在金属表面的吸附由平行吸附向垂直吸附的方式转变,并且温度的变化主要影响了LUMO能级分布,并没有引起HOMO能级分布的变化。综上所说,添加苯环结构的苯胺类席夫碱缓蚀剂可以较好的抑制低温下的金属腐蚀,但是对于高温下的腐蚀并不是十分有效。为了提高苯胺类席夫碱缓蚀剂在高温下的缓蚀性能,将苯胺类席夫碱缓蚀剂上的一个苯环换成卤素原子,发现添加卤素原子后的苯胺类席夫碱缓蚀剂的缓蚀效率明显提高,失重测试和腐蚀形貌结果表明,苯胺对氟苯乙酮（F-BB）、苯胺对氯苯乙酮（Cl-BB）和苯胺对溴苯乙酮（Br-BB）缓蚀剂的缓蚀效率随着温度的升高先升后降,在70℃时达到99%的缓蚀效率,且三种带有卤素原子的苯胺类席夫碱缓蚀剂的缓蚀效率顺序为:F-BB＜Cl-BB＜Br-BB,电化学数据表明温度的变化主要影响的是碳钢阳极反应过程,动力学模拟和量子化学计算数据说明当温度为30℃、50℃和70℃时,F-BB缓蚀剂、Cl-BB缓蚀剂和Br-BB缓蚀剂在金属表面的吸附由垂直吸附向平行吸附转变,且主要是化学吸附为主,当温度为90℃时,F-BB缓蚀剂、Cl-BB缓蚀剂和Br-BB缓蚀剂在金属表面以倾斜的方式吸附,且主要是物理吸附为主。对于F-BB缓蚀剂、Cl-BB缓蚀剂和Br-BB缓蚀剂,温度的变化不仅影响了LUMO能级分布,同时也引起了HOMO能级分布变化。结果表明,带有卤素基团的苯胺类席夫碱缓蚀剂在高温下的缓蚀效率要远远大于带有苯环基团的苯胺类席夫碱缓蚀剂,五种苯胺类席夫碱缓蚀剂的缓蚀效率顺序为:BB-S＜B-S＜F-BB＜Cl-BB＜Br-BB。模拟计算表明不同温度下具有卤素基团缓蚀剂的缓蚀效率高于带有苯环基团缓蚀剂缓蚀效率主要是吸附方式和吸附构型的不同,此研究为苯胺类席夫碱缓蚀剂在高温下抑制金属腐蚀的研究提供了借鉴。
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