酸溶液被广泛应用于酸洗、酸浸、除锈和油井酸化等行业,而它在使用过程中会对所涉及的金属造成腐蚀,缓蚀剂被广泛应用在这些过程中以减少金属的腐蚀和酸液的消耗。为了提高效益和控制成本,缓蚀剂的协同效应研究成为近年来缓蚀剂研究工作中的一个重要内容和热点。与传统表面活性剂分子中拥有一条疏水链和一个亲水基不同,Gemini表面活性剂分子由两条疏水链、两个亲水基和一个连接基团组成,具有优异的性能,比如具有更低的临界胶束浓度(CMC)、更高的表面活性和增溶性等,是一类新型结构的表面活性剂。该类表面活性剂在酸性介质中是一类优异的缓蚀剂,本文在详细文献调研的基础上,考察了几种Gemini表面活性剂对钢在硫酸、磷酸溶液中的缓蚀作用及其与卤离子的协同缓蚀作用,研究了该类表面活性剂对硫酸中锌的缓蚀作用。由失重实验数据,求得如吉布斯自由能变、熵变、焓变等相关的热力学参数及活化能和指前因子等腐蚀动力学参数。在分析这些参数的基础上,提出了Gemini表面活性剂的缓蚀吸附作用机理。探讨了电化学作用机理。对该类表面活性剂阳离子的结构进行了量子化学计算,根据计算结果,探讨了该类缓蚀剂在酸性介质中对金属缓蚀的作用机制。主要研究内容和结果如下：1、在硫酸介质中,Gemini表面活性剂12-3-12,18-3-18和18-6-18都有良好的缓蚀效果,且与卤离子的协同缓蚀效果明显。以Langmuir吸附等温式和热力学方程处理失重实验数据,获得了相关的热力学和动力学参数。据此提出所研究体系的缓蚀吸附机理,即协同体系在金属表面的吸附是从单层到多层,而单—Gemini表面活性剂则以两段单层到多层的形式吸附在金属表面。钢的腐蚀速度受活化能与指前因子共同影响。动电位极化曲线表明电化学缓蚀机理为混合型,获得了该体系强极化区极化曲线参数的方法。电化学阻抗谱实验说明电极反应主要受活化控制而非受扩散控制,给出了该体系电化学阻抗谱的拟合电路。2、Gemini表面活性剂12-2-12及其与卤离子的协同作用对在磷酸介质中钢的缓蚀与12-3-12,18-3-18和18-6-18及其协同体系在硫酸中的缓蚀作用类似。通过修饰的Tafel曲线外延法获得了动电位极化参数,详细分析了获得该参数的方法。3、讨论了n-s-n型Gemini表面活性剂及其与卤离子复配体系对冷轧钢在酸性介质中的缓蚀及缓蚀协同作用机制。基于获得的热力学和动力学参数,指出n-s-n型Gemini表面活性剂单独存在时,缓蚀剂在金属表面以化学吸附为主,但其与卤离子复配时,化学吸附作用减弱,而物理吸附作用增强,缓蚀作用为二者共同作用的结果。4、比较研究了磷酸介质中不同阳离子对卤离子协同作用的影响,发现起协同作用的主要是卤离子,阳离子的影响可以忽略。协同体系与单独使用卤离子(Br-)作缓蚀剂的缓蚀性能比较研究结果说明在相同情况下低浓度Gemini表面活性剂与卤离子(KBr/12-2-12)的协同作用远好于单独使用卤离子作缓蚀剂。5、用动电位弱极化法和电化学阻抗谱法考察了12-2-12,12-3-12,18-3-18,18-6-18等几种Gemini表面活性剂在不同浓度时对0.5 mol/L硫酸溶液中锌的缓蚀行为。以自行设计的三点法数据处理Matlab程序,该程序具有通用性。EIS电路拟合与钢在酸中的缓蚀情况类似,表明这些Gemini表面活性剂都对锌有良好的缓蚀效果,文中说明了弱极化曲线数据处理原理。6、在Chemoffice2005软件中绘制出12-2-12、12-3-12、18-3-18、18-6-18四个Gemini表面活性剂阳离子的结构并对其初步优化。运用量子化学密度泛函方法,在B3LYP/6-31+G(d,p)水平上进行量子化学的全局优化和频率计算,获得了活性剂阳离子的全局活性量子化学参数(如：EHOMO, ELUMO,△E=ELUMO-EHoMO)。基于量子化学计算结果和实验事实,探讨了该类表面活性剂在酸中对金属的缓蚀机制和吸附现象,提出了缓蚀吸附机理的微观解释。