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摘 要：本文以苯甲醛、苯胺、苯并咪唑为原料，采用三组分“一锅法”Mannich反应来制备苯并咪唑类化合物（BMAT），并通过挂片失重法研究了BMAT在1：2的盐酸介质溶液中对N80碳钢挂片的缓蚀行为。研究结果表明：加入BMAT可减弱盐酸对N80碳钢挂片的腐蚀，在32℃，BMAT浓度为0.75 mmol/L时，缓蚀率可达到88.92%。
关键词：苯并咪唑；N80钢：缓蚀；失重法
苯并咪唑是一种杂环化合物，分子中含有两个N，在酸性介质中能以适当的浓度和形态存在并防止或减缓金属的腐蚀。由于苯并咪唑具有减弱金属被酸性介质腐蚀的效果，因此，在金属腐蚀与防护领域里BMAT对金属缓蚀作用的研究也十分活跃。
挂片失重法多被应用于金属腐蚀与防护的研究领域中，其原理是将挂片置于一定浓度且能腐蚀金属的介质中，在一定时间后取出挂片测量其损失质量，并根据质量差计算腐蚀速率。本实验通过在不同温度的盐酸介质中加入不同质量的BMAT，并采取挂片失重法研究了不同浓度的BMAT在不同温度的盐酸介质中对N80的缓蚀作用，并讨论了BMAT在N80上的吸附行为以及对腐蚀动力学的影响。BMAT的合成方程式如下：
1 实验
1.1苯并咪唑类化合物的合成
向配有电磁搅拌恒温水浴锅、球型回流冷凝管、磁石的三颈烧瓶中，依次加入一定量的苯并咪唑、甲苯、苯甲醛、苯胺，在62℃下水浴并搅拌1-2h后呈现一种浅橙色透明液体，然后換成电热套加热，回流分水2h，得到淡黄色透明液体，其中有效成分为BMAT。将溶液静置冷却，待晶体析出沉淀后采用减压抽滤得到产品，干燥后收集于棕色试剂瓶中待用。
1.2腐蚀评价方法
参照SY/T 5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》中的静态失重法评价BMAT的缓蚀性能。评价步骤：分别配置一定浓度的盐酸（1：2），含不同浓度缓蚀剂的盐酸溶液作为腐蚀介质，用400目的砂纸将N80钢片打磨光滑后，用无水乙醇洗净，吹干称重，保存于干燥器中待用。将N80碳钢挂片分别置入32℃、42℃、52℃、62℃下含不同浓度缓蚀剂BMAT的盐酸介质中，1h后取出挂片，用棉球擦洗，无水乙醇擦拭，吹干后称量挂片在1：2盐酸介质中损失的质量。最后通过式（1）和式（2）所计算得到的腐蚀速率和缓蚀率来评价BMAT的缓蚀性能。
式（1）中，v为腐蚀速率[g/ （m2·h）]，W0和W分别为腐蚀前和腐蚀后的挂片质量（g），S为挂片表面积（m-2），t为腐蚀时间（h）。
式（2）中，η为缓蚀率，v0和v分别为未加缓蚀剂以用加入缓蚀剂后的腐蚀速率。
2 结果与讨论
2.1缓蚀剂浓度对缓蚀效果的影响
图1是在温度为32℃、42℃，盐酸浓度为l：2条件下，未加缓蚀剂和加入不同质量缓蚀剂对N80的腐蚀情况，通过式（1）和式（2）可计算出腐蚀速率和缓蚀速率。从图l可见，当缓蚀剂浓度为0.08 mmol/L时，温度为32℃条件下，腐蚀速率从未加缓蚀剂时的5904.41 g/（m2·h）下降到了3551.47 g/（m2·h），这时的缓蚀率为39.85%；而当缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，温度为42℃条件下，腐蚀速率则下降到了654.41 g/（m2·h），这时的缓蚀率为88.92%。同一温度下，继续增大缓蚀剂浓度时，腐蚀速率随之下降，缓蚀率上升。当缓蚀剂浓度达到2.51 mmol/L时，缓蚀率为91.66%，在此基础上继续将缓蚀剂浓度提高到3.5 mmol/L时，缓蚀率也继续上升，但上升的趋势己明显变缓。这表明当缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，N80表面己基本被BMAT覆盖。
2.2盐酸介质温度对缓蚀效果的影响
在32℃、42℃、52℃、62℃下，分别放入装有盐酸浓度为15%、缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L的磨口锥形瓶进行恒温水浴，将处理好的N80悬空置入盐酸介质后盖上瓶塞，1h后取出N80，擦洗、吹干、称重后通过式（1）和式（2）计算出相应的腐蚀速率和缓蚀率（见图2）。从图3可见，随着温度的升高，腐蚀速率曲线明显上升，未加缓蚀剂的腐蚀速率曲线位置也明显高于缓蚀剂质量浓度为0.75 mmol/L的腐蚀速率曲线。其中32℃时的腐蚀速率为5904.41 g/（m2·h），而当温度达到62℃时，腐蚀速率上升到了36147.06 g/（m2·h），这表明温度对腐蚀速率曲线走势影响极大，随着温度的升高，会加强盐酸介质溶液对N80的腐蚀作用。当盐酸介质溶液中的缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，腐蚀速率曲线位置明显下降，曲线走势也明显平缓。这表明在盐酸介质溶液中加入定量缓蚀剂会明显降低温度升高对腐蚀速率带来的影响。
2.3缓蚀剂对腐蚀反应动力学的影响
N80在32～62℃温度范围内的腐蚀反应过程可以认为是一种经典的Arrhenius反应过程，反应速率可用下式表示：
式中：Ea为表观活化能，A为指前因子，v为腐蚀速率，R为摩尔气体常量：T为热力学温度。将式（3）两边取对数，以1nv为纵坐标，100～T为横坐标，选择加入缓蚀剂0.75 mmol/L和未加缓蚀剂两组数据作为对照，将1nv和1OOO/T计算出的数据点进行线性拟合，就可得到相应的趋势线方程。再由趋势线方程斜率和截距可分别计算出腐蚀反应的Ea和A。通过图3可以看出空白组和添加0.75 mmol/L缓蚀剂线性拟合的复相关系数分别为0.9573和0.9975都接近于l。通过式（3）计算得出，空白组下的表观活化能Ea=54.46 kJ/mol，添加0.75 mmol/L缓蚀剂时的表观活化能Ea=106.68 kJ/mol。在化学反应过程中，Ea越高，表明化学反应阻力越大，反应速率越慢，加入0.75 mmol/L缓蚀剂的Ea明显高于空白组，此时缓蚀剂提高了腐蚀反应过程的活化能，腐蚀不易进行，N80表面吸附的缓蚀剂阻碍了反应的进行，起到了一定的缓蚀作用。
3 结语
（1）在32℃下，缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，缓蚀剂BMAT在盐酸介质中对N80有一定的缓蚀作用，缓蚀效率可达88.92%，进一步增大缓蚀剂质量也会提高缓蚀率，但趋势比较平缓，在实际应用中则可选用0.75 mmol/L。（2）在盐酸介质中加入定量缓蚀剂时，腐蚀反应活化能从未加缓蚀剂的54.46 kJ/mol提高到加入缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L的106.68 kJ/mol，有效地防护了N80被盐酸介质溶液腐蚀。
[参考文献]
[1]苏铁军，习伟，邓仕英.一种苯并咪唑衍生物对盐酸中N80钢的缓蚀作用[J].广东化工，2014，41（18）：36-37.
[2]李 珊，杨 丽，芮玉兰.H2S04中丙炔醇复配缓蚀剂对碳钢的缓蚀作用[J].表面技术，2016 （7）：6.
关键词：苯并咪唑；N80钢：缓蚀；失重法
苯并咪唑是一种杂环化合物，分子中含有两个N，在酸性介质中能以适当的浓度和形态存在并防止或减缓金属的腐蚀。由于苯并咪唑具有减弱金属被酸性介质腐蚀的效果，因此，在金属腐蚀与防护领域里BMAT对金属缓蚀作用的研究也十分活跃。
挂片失重法多被应用于金属腐蚀与防护的研究领域中，其原理是将挂片置于一定浓度且能腐蚀金属的介质中，在一定时间后取出挂片测量其损失质量，并根据质量差计算腐蚀速率。本实验通过在不同温度的盐酸介质中加入不同质量的BMAT，并采取挂片失重法研究了不同浓度的BMAT在不同温度的盐酸介质中对N80的缓蚀作用，并讨论了BMAT在N80上的吸附行为以及对腐蚀动力学的影响。BMAT的合成方程式如下：
1 实验
1.1苯并咪唑类化合物的合成
向配有电磁搅拌恒温水浴锅、球型回流冷凝管、磁石的三颈烧瓶中，依次加入一定量的苯并咪唑、甲苯、苯甲醛、苯胺，在62℃下水浴并搅拌1-2h后呈现一种浅橙色透明液体，然后換成电热套加热，回流分水2h，得到淡黄色透明液体，其中有效成分为BMAT。将溶液静置冷却，待晶体析出沉淀后采用减压抽滤得到产品，干燥后收集于棕色试剂瓶中待用。
1.2腐蚀评价方法
参照SY/T 5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》中的静态失重法评价BMAT的缓蚀性能。评价步骤：分别配置一定浓度的盐酸（1：2），含不同浓度缓蚀剂的盐酸溶液作为腐蚀介质，用400目的砂纸将N80钢片打磨光滑后，用无水乙醇洗净，吹干称重，保存于干燥器中待用。将N80碳钢挂片分别置入32℃、42℃、52℃、62℃下含不同浓度缓蚀剂BMAT的盐酸介质中，1h后取出挂片，用棉球擦洗，无水乙醇擦拭，吹干后称量挂片在1：2盐酸介质中损失的质量。最后通过式（1）和式（2）所计算得到的腐蚀速率和缓蚀率来评价BMAT的缓蚀性能。
式（1）中，v为腐蚀速率[g/ （m2·h）]，W0和W分别为腐蚀前和腐蚀后的挂片质量（g），S为挂片表面积（m-2），t为腐蚀时间（h）。
式（2）中，η为缓蚀率，v0和v分别为未加缓蚀剂以用加入缓蚀剂后的腐蚀速率。
2 结果与讨论
2.1缓蚀剂浓度对缓蚀效果的影响
图1是在温度为32℃、42℃，盐酸浓度为l：2条件下，未加缓蚀剂和加入不同质量缓蚀剂对N80的腐蚀情况，通过式（1）和式（2）可计算出腐蚀速率和缓蚀速率。从图l可见，当缓蚀剂浓度为0.08 mmol/L时，温度为32℃条件下，腐蚀速率从未加缓蚀剂时的5904.41 g/（m2·h）下降到了3551.47 g/（m2·h），这时的缓蚀率为39.85%；而当缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，温度为42℃条件下，腐蚀速率则下降到了654.41 g/（m2·h），这时的缓蚀率为88.92%。同一温度下，继续增大缓蚀剂浓度时，腐蚀速率随之下降，缓蚀率上升。当缓蚀剂浓度达到2.51 mmol/L时，缓蚀率为91.66%，在此基础上继续将缓蚀剂浓度提高到3.5 mmol/L时，缓蚀率也继续上升，但上升的趋势己明显变缓。这表明当缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，N80表面己基本被BMAT覆盖。
2.2盐酸介质温度对缓蚀效果的影响
在32℃、42℃、52℃、62℃下，分别放入装有盐酸浓度为15%、缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L的磨口锥形瓶进行恒温水浴，将处理好的N80悬空置入盐酸介质后盖上瓶塞，1h后取出N80，擦洗、吹干、称重后通过式（1）和式（2）计算出相应的腐蚀速率和缓蚀率（见图2）。从图3可见，随着温度的升高，腐蚀速率曲线明显上升，未加缓蚀剂的腐蚀速率曲线位置也明显高于缓蚀剂质量浓度为0.75 mmol/L的腐蚀速率曲线。其中32℃时的腐蚀速率为5904.41 g/（m2·h），而当温度达到62℃时，腐蚀速率上升到了36147.06 g/（m2·h），这表明温度对腐蚀速率曲线走势影响极大，随着温度的升高，会加强盐酸介质溶液对N80的腐蚀作用。当盐酸介质溶液中的缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，腐蚀速率曲线位置明显下降，曲线走势也明显平缓。这表明在盐酸介质溶液中加入定量缓蚀剂会明显降低温度升高对腐蚀速率带来的影响。
2.3缓蚀剂对腐蚀反应动力学的影响
N80在32～62℃温度范围内的腐蚀反应过程可以认为是一种经典的Arrhenius反应过程，反应速率可用下式表示：
式中：Ea为表观活化能，A为指前因子，v为腐蚀速率，R为摩尔气体常量：T为热力学温度。将式（3）两边取对数，以1nv为纵坐标，100～T为横坐标，选择加入缓蚀剂0.75 mmol/L和未加缓蚀剂两组数据作为对照，将1nv和1OOO/T计算出的数据点进行线性拟合，就可得到相应的趋势线方程。再由趋势线方程斜率和截距可分别计算出腐蚀反应的Ea和A。通过图3可以看出空白组和添加0.75 mmol/L缓蚀剂线性拟合的复相关系数分别为0.9573和0.9975都接近于l。通过式（3）计算得出，空白组下的表观活化能Ea=54.46 kJ/mol，添加0.75 mmol/L缓蚀剂时的表观活化能Ea=106.68 kJ/mol。在化学反应过程中，Ea越高，表明化学反应阻力越大，反应速率越慢，加入0.75 mmol/L缓蚀剂的Ea明显高于空白组，此时缓蚀剂提高了腐蚀反应过程的活化能，腐蚀不易进行，N80表面吸附的缓蚀剂阻碍了反应的进行，起到了一定的缓蚀作用。
3 结语
（1）在32℃下，缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L时，缓蚀剂BMAT在盐酸介质中对N80有一定的缓蚀作用，缓蚀效率可达88.92%，进一步增大缓蚀剂质量也会提高缓蚀率，但趋势比较平缓，在实际应用中则可选用0.75 mmol/L。（2）在盐酸介质中加入定量缓蚀剂时，腐蚀反应活化能从未加缓蚀剂的54.46 kJ/mol提高到加入缓蚀剂浓度为0.75 mmol/L的106.68 kJ/mol，有效地防护了N80被盐酸介质溶液腐蚀。
[参考文献]
[1]苏铁军，习伟，邓仕英.一种苯并咪唑衍生物对盐酸中N80钢的缓蚀作用[J].广东化工，2014，41（18）：36-37.
[2]李 珊，杨 丽，芮玉兰.H2S04中丙炔醇复配缓蚀剂对碳钢的缓蚀作用[J].表面技术，2016 （7）：6.