碳钢在石油化工行业和生活的各个领域中被广泛应用,但碳钢的耐蚀性不好,且在使用时时常会接触到各种腐蚀介质,特别是与酸性介质,这对碳钢的使用寿命有很大的影响,也会造成重大的经济损失,还可能发生严重到会威胁人们生命安全的事故。因此,碳钢的腐蚀与防护是一个困扰石油和化工行业发展、亟需解决的重要问题。应用缓蚀剂是目前应对碳钢腐蚀最为经济有效的手段。现阶段使用的缓蚀剂以有机缓蚀剂为主,主要是由于有机物分子中含有O、N、S等有孤对电子的原子和大π键,这样的有机物分子可以与碳钢表面空的d轨道发生作用,形成保护膜达到防腐的作用。而从天然植物中提取的胶类就是其中一种,胶类中含有大量的O原子而受到一定的关注并被广泛研究,同时利用胶类作为缓蚀剂可以有效提高天然植物的利用率。本文利用瓜儿豆胶和四种单体:甲基丙烯酸甲酯(MMA)、乙酸乙烯酯(VAC)、丙烯酸乙酯(EA)与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)作为原料,使用化学手段将这四种单体接枝到瓜儿豆胶上,合成瓜儿豆胶衍生物,分别标记为G-M、G-V、G-E、G-A,并选择3.5%NaCl饱和CO2溶液为腐蚀介质,J55钢为腐蚀金属,对比这四种瓜儿豆胶衍生物对碳钢的缓蚀性能,结果表明:(1)通过阅读参考文献设计合成路线并合成出了四种瓜儿豆胶衍生物,并用红外光谱对这四种衍生物进行结构表征。结果显示,已成功合成得到了相对应的瓜儿豆胶衍生物。(2)采用失重法、电化学法等实验室方法对四种瓜儿豆胶衍生物在3.5%的NaCl饱和CO2溶液条件下对J55碳钢的缓蚀效果进行评价。结果显示,瓜儿豆胶衍生物的缓蚀效率都是随着缓蚀剂添加量的增加而增加,随温度的升高而逐渐降低,其中缓蚀性能从好到差的顺序是G-A、G-V、G-E、G-M,最好的是瓜儿豆胶接枝2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(G-A)。电化学阻抗谱的结果显示,这四种瓜儿豆胶衍生物对金属腐蚀的机理并没有影响,主要是通过控制电荷转移过程来减轻腐蚀的发生。极化曲线测试结果表明G-M、G-V和G-A这三种瓜儿豆胶衍生物缓蚀剂都是混合型缓蚀剂,而G-E这种缓蚀剂是阳极型缓蚀剂,缓蚀剂的腐蚀电流随着添加量的增加而降低。(3)通过扫描电镜SEM、EDS能谱观察钢片表面形貌并分析钢片表面成分,结果显示,瓜儿豆胶衍生物可有效减轻J55钢表面的腐蚀情况,其中G-V和G-A对J55钢的腐蚀抑制效果更好,而G-M、G-E的效果较弱,这可能是由于瓜儿豆胶衍生物在钢片表面吸附形成一层致密、稳固的有机保护膜来减轻腐蚀过程的发生。而利用SECM观察钢片表面的微观形貌,结果表明,瓜儿豆胶衍生物可有效降低J55钢表面的电流值,减轻腐蚀,这可能是通过形成一层导电性较差的保护膜使金属表面的导电性发生变化,从而延缓腐蚀过程的发生,这结果与SEM的结果一致。(4)利用吸附模型拟合电化学法的测试结果并通过吸附热力学的计算,结果表明瓜儿豆胶衍生物在J55钢表面的吸附均符合Langmiur吸附等温式,吸附方式主要是物理吸附。(5)利用量子化学理论研究了瓜儿豆胶衍生物缓蚀剂分子在金属表面的吸附机理,由计算所得的量子化学参数可知,在这四种瓜儿豆胶衍生物缓蚀剂中,G-A的能隙值最低、硬度最小、软度最大、电负性最大,因此,在四种瓜儿豆胶衍生物中,G-A的分子活性高,其缓蚀效率也最高。所以,从理论上来说,G-A是四种瓜儿豆胶衍生物缓蚀剂中缓蚀性能最好的,同时这个结论也与上述实验所得的结果相同。