核电海水无磷缓蚀剂之自组装希夫碱与苯并咪唑衍生物研究

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海水利用是保证水资源可持续发展以及水环境安全的重要举措,在现实生活中有着重要的意义。特别是沿海城市,淡水资源紧缺是其工业化、城镇化前进过程中的重要阻碍。开发海水资源作为工业用水,尤其是用作工业循环冷却水,如核电系统,可以大大减少淡水资源的压力。但是海水的含盐量较高,腐蚀性离子的浓度也比淡水高很多,对管道、水泵、换热器等设备会造成比较严重的腐蚀,从而影响正常的生产运行。  在循环冷却水系统的缓蚀方面可用的方法较多,如选用耐腐蚀的金属,涂防腐层,投加缓蚀剂以及电化学保护等。其中缓蚀剂的投加作为一种方便有效的实用方法已得到广泛认可及生产应用。常用的高效缓蚀剂多以含P为特点,而随着近年环保方面的需求增强,会造成水体富营养化的P、N营养元素的排放要求也更加严格,为此,对于冷却水缓蚀剂的开发研究,“无磷”的特点也自然成为了关注的焦点。本文意在探索适用于海水介质的环保无磷缓蚀剂的研究,制备了一种希夫碱(HVS)和一系列苯并咪唑衍生物,分别采用电化学极化曲线,交流阻抗谱,失重法及扫描电镜等测试方法分析了它们的缓蚀性能。主要内容包括:  (1)制备HVS希夫碱,研究其自组装膜在海水中对碳钢材料的缓蚀性能;  (2)制备香草醛接枝苯并咪唑,分析其作为海水碳钢缓蚀剂的缓蚀效果及机理;  (3)制备一系列苯并咪唑衍生物物质,测试其在海水中对碳钢的缓蚀效果,并将其与运用量子化学方法计算得到的可以反映其结构特点的量子化学参数进行了构效关系分析,以期得到探索该类缓蚀剂开发的理论指导。  主要得到了以下结论:  (1) HVS希夫碱电化学测试的结果表明,其在碳钢表面的自组装膜在模拟海水中的缓蚀作用属于阳极抑制型,缓蚀效率可高达93%。但是缓蚀的耐久性不好,使用氯化铝作为辅助添加剂—同使用时,可以得到改善。当氯化铝的用量为10mg/L时,其协同缓蚀效率可以保持在40%以上的水平。  (2)对于制备的16种结构相关的苯并咪唑类衍生物,G和L缓蚀剂的作用类型为阴极抑制型,其余均属阳极抑制型。当苯并咪唑接枝的各特征官能团不同时,其在模拟海水中的缓蚀效率也不一致。极化曲线的结果显示,化合物B和P单体的缓蚀效率达到了70%以上,F、G、H、J、L、K、D、O的缓蚀效率分布在45%-60%之间,而A、C、E、I、N、M则均未达到40%。而对其中几种效果相对较好的物质,采用失重法测的缓蚀效率均比极化曲线方法的结果高。其中,对化合物P的缓蚀性能分析发现,随着缓蚀剂浓度的增大交流阻抗谱对应的等效电路中Y0减小,Rt增大,表明了缓蚀剂在电极表面的有效吸附。失重法表明其在模拟海水中有着最佳用量,即在100ppm左右可以达到约75%的缓蚀效果,腐蚀速率降至了0.115mm/a。此外,单体效果最好的阳极抑制型缓蚀剂B和阴极抑制型的G在复配比为2∶1时,二者协同作用可提高缓蚀效率至约90%,腐蚀速度降到了0.046mm/a。  (3)对所测试的16种苯并咪唑衍生物缓蚀剂,采用量子化学的方法计算了9种与结构相关的参数,与实验测的在模拟海水中对碳钢的缓蚀效率做QASR分析。根据相关矩阵筛选出了与IE相关性较好的EHOMO、 LogP和μ三个自变量参数,经多元线性回归分析建立了构效关系模型,经模型检验P值为0.032,各变量的K值均在1.0~1.02范围内,符合统计学规定,确保了所建模型的稳定性和可靠性,为该类缓蚀剂的研制提供了理论指导。
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