李海云，王永壘，許濤，徐葉平

（黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽黃山245041）

2-苯基咪唑啉在常見(jiàn)酸洗液中對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能

李海云，王永壘，許濤，徐葉平

（黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽黃山245041）

采用靜態(tài)失重法研究2-苯基咪唑啉作為緩蝕劑（40℃恒溫時(shí)）在5%鹽酸、5%硫酸及5%硝酸介質(zhì)中對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕行為，確定了2-苯基咪唑啉在各種酸性條件下的最佳添加量，并研究了在不同酸性溶液中復(fù)合型緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對(duì)20#、45#碳鋼材質(zhì)的緩蝕性能。結(jié)果表明2-苯基咪唑啉在上述3種酸性介質(zhì)中對(duì)20#碳鋼，45#碳鋼均具有一定的緩蝕作用，其中KI成分對(duì)2-苯基咪唑啉具有協(xié)同緩蝕效果。

2-苯基咪唑啉；靜態(tài)失重法；20#碳鋼；45#碳鋼

0 引言

在油田的酸化及化工設(shè)備的酸洗環(huán)節(jié)，金屬腐蝕常常無(wú)法避免，最常用的方法就是向酸性清洗液中添加酸洗緩蝕劑[1-4]。其中，長(zhǎng)鏈咪唑啉類緩蝕劑[5-7]是環(huán)境友好緩蝕劑，具有高效、低毒的特點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的緩蝕劑。2-苯基咪唑啉作為短鏈咪唑啉化合物，成本較低，目前主要用作粉末涂料的環(huán)氧固化劑[8]，作為緩蝕劑成分進(jìn)行研究報(bào)道的較少。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)失重法研究2-苯基咪唑啉在40℃恒溫環(huán)境下分別在10%鹽酸、10%硫酸溶液及5%的硝酸中對(duì)20#碳鋼及45#碳鋼的緩蝕行為，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定2-苯基咪唑啉在上述各種酸性條件下的最佳使用量，并研究了在不同酸性溶液中，復(fù)合型緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對(duì)20#、45#碳鋼材質(zhì)的緩蝕性能，從而為其工業(yè)緩蝕應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

2-苯基咪唑啉（工業(yè)品，黃山華惠科技有限公司）、鹽酸、硫酸、硝酸均為分析純，20#、45#碳鋼腐蝕掛片(28cm2，揚(yáng)州市祥瑋機(jī)械有限公司)。

1.2 緩蝕性能評(píng)價(jià)

在40℃下，分別將20#、45#碳鋼掛片放入含不同2-苯基咪唑啉緩蝕劑濃度的酸洗介質(zhì)中浸泡一段時(shí)間（浸泡腐蝕時(shí)間為：5%鹽酸，2h;5%硫酸,2h;5%硝酸,0.5h），每組3個(gè)平行樣；待實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將腐蝕掛片取出，并依次用乙醇、丙酮清洗，快速干燥并稱重。按公式分別計(jì)算20#、45#碳鋼腐蝕掛片的腐蝕率，式中：v表示腐蝕率，g·m-2·h-1；

△w表示實(shí)驗(yàn)前后被腐蝕試樣的重量差值，g；

S表示試樣的表觀面積，m2；

t表示浸泡試驗(yàn)時(shí)間，h。

2-苯基咪唑啉緩蝕劑在不同酸性溶液中對(duì)20#、45#碳鋼材質(zhì)的緩蝕率計(jì)算如下：

式中：η表示緩蝕率，%；

v1，v0分別表示腐蝕掛片在有無(wú)緩蝕劑時(shí)的腐蝕率，g/(m2·h)。

2 結(jié)果與討論

2.1 5%HCl溶液中2-苯基咪唑啉的量對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能

圖1 5%HCl溶液中2-苯基咪唑啉的量對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能

由圖1可知，在5%HCl溶液中，隨著2-苯基咪唑啉量的加大，對(duì)20#碳鋼及45#碳鋼的緩蝕性能基本為先快速增加而后趨于穩(wěn)定。當(dāng)2-苯基咪唑啉的添加量為0.9%時(shí)，其對(duì)20#碳鋼掛片在5%鹽酸中的緩蝕率達(dá)到了75%，對(duì)45#碳鋼腐蝕掛片的緩蝕率達(dá)到了77%，隨著2-苯基咪唑啉量的繼續(xù)增加，其對(duì)20#碳鋼及45#碳鋼在5%鹽酸中的緩蝕率增加均不明顯。這是由于當(dāng)緩蝕劑量不足時(shí)，在金屬表面無(wú)法形成較好的沉積膜，腐蝕較快，此時(shí)，隨著2-苯基咪唑啉量的繼續(xù)增加，在腐蝕掛片的表面逐漸形成了有效的緩蝕膜，緩蝕率急劇提高。因此，在5%HCl溶液中，適宜的2-苯基咪唑啉的添加量為0.9%。

2.2 5%H2SO4中2-苯基咪唑啉的加入量對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能

如圖2是5%H2SO4中2-苯基咪唑啉的加入量對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能的關(guān)系圖，從圖2可以看出，隨著2-苯基咪唑啉添加量的增加，其對(duì)20#及45#碳鋼掛片的緩蝕率出現(xiàn)起初增加較快而后變化不明顯的趨勢(shì)。當(dāng)2-苯基咪唑啉的添加量為0.6%時(shí)，其在5%硫酸溶液中對(duì)20#碳鋼的緩蝕率達(dá)到96%，繼續(xù)增大2-苯基咪唑啉的添加量至0.75%，其對(duì)20#碳鋼的緩蝕率達(dá)到最大，為98%，此后繼續(xù)增加2-苯基咪唑啉的量，20#碳鋼緩蝕率變化不大。同樣地，當(dāng)2-苯基咪唑啉的添加量為0.6%時(shí)，其在5%硫酸溶液中對(duì)45#碳鋼的緩蝕率幾乎達(dá)到最大，為98%，此后繼續(xù)增加2-苯基咪唑啉的量，45#碳鋼緩蝕率變化較小。因此，在5%硫酸溶液中，對(duì)于20碳鋼來(lái)說(shuō)，最佳的2-苯基咪唑啉的添加量為0.75%；對(duì)于45#碳鋼來(lái)說(shuō)，最佳的2-苯基咪唑啉的添加量為0.6%。

圖2 5%H2SO4溶液中2-苯基咪唑啉的量對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能

2.3 5%HNO3中2-苯基咪唑啉的加入量對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能

圖3 5%HNO3溶液中2-苯基咪唑啉的添加量對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕性能

從圖3可看出，在5%硝酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉對(duì)20#及45#碳鋼的緩蝕效率均隨著其添加量的增加而增大，最后呈平緩趨勢(shì)。當(dāng)2-苯基咪唑啉的添加量由0.9%增加到1.2%時(shí)，20#碳鋼的緩蝕率從71.84%增加到73.93%，而45#碳鋼的緩蝕率則由83.62%增加到85.12%，緩蝕率增加不明顯。因此，針對(duì)20#及45#碳鋼腐蝕掛片，在5%硝酸溶液中，適宜的2-苯基咪唑啉的添加量為0.9%。

2.4 復(fù)合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對(duì)20#碳鋼的緩蝕性能

為了降低緩蝕成本，在實(shí)驗(yàn)中，我們使用KI作為復(fù)合物，在保持緩蝕劑總添加量為0.6%的條件下，來(lái)研究復(fù)合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對(duì)20#碳鋼的緩蝕性能及協(xié)同緩蝕效應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 2-苯基咪唑啉/KI對(duì)20#碳鋼的緩蝕性能

從圖4可以看出，分別在5%的鹽酸、5%硫酸及5%硝酸介質(zhì)中，保持緩蝕劑總添加量為0.6%不變的情況下，2-苯基咪唑啉/KI復(fù)合緩蝕劑對(duì)20#碳鋼的緩蝕率因組分質(zhì)量配比的不同而有所差異。對(duì)于3種酸性腐蝕介質(zhì)來(lái)說(shuō)，當(dāng)復(fù)合適量的KI后，復(fù)合緩蝕劑對(duì)20#碳鋼的緩蝕率均出現(xiàn)輕微上升趨勢(shì)，較單獨(dú)的2-苯基咪唑啉緩蝕效率要高，而后隨著KI添加量的繼續(xù)增加，復(fù)合緩蝕劑對(duì)20#碳鋼的緩蝕率又出現(xiàn)下降。這說(shuō)明2-苯基咪唑啉與KI存在著一定的協(xié)同效應(yīng)，因此，在5%鹽酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的最優(yōu)質(zhì)量比為6:4；在5%硫酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的最優(yōu)質(zhì)量比為8:2；在5%硝酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的最優(yōu)質(zhì)量比為7:3。

2.5 復(fù)合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對(duì)45#碳鋼的緩蝕性能

在實(shí)驗(yàn)中，我們使用KI作為復(fù)合物，在保持緩蝕劑總添加量為0.6%的條件下，研究了復(fù)合緩蝕劑2-苯基咪唑啉/KI對(duì)45#碳鋼的緩蝕性能，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 2-苯基咪唑啉/KI對(duì)45#碳鋼的緩蝕性能

由圖5可知，在緩蝕劑總量為0.6%的情況下，2-苯基咪唑啉和KI的質(zhì)量配比對(duì)45#碳鋼在5%的鹽酸、5%硫酸及5%硝酸介質(zhì)中的緩蝕效率有一定的影響。對(duì)于3種酸性腐蝕介質(zhì)來(lái)說(shuō)，當(dāng)復(fù)合適量的KI后，復(fù)合緩蝕劑對(duì)20#碳鋼的緩蝕率均出現(xiàn)輕微上升趨勢(shì)，但在5%的硫酸介質(zhì)中，KI的加入對(duì)45#碳鋼緩蝕率的提高并不明顯，這可能是2-苯基咪唑啉自身在5%硫酸介質(zhì)中對(duì)45#碳鋼緩蝕效率較高的緣故。因此，要達(dá)到節(jié)約成本與緩蝕率兼顧的情況下，在5%鹽酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的適宜質(zhì)量比為6:4；在5%硫酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的適宜質(zhì)量比為8:2；在5%硝酸介質(zhì)中，2-苯基咪唑啉與KI的適宜質(zhì)量比為7:3。

3 結(jié)論

1.2-苯基咪唑啉對(duì)20#、45#碳鋼的緩蝕結(jié)果表明：在5%鹽酸溶液中，最佳的添加量為0.9%，其對(duì)20#及45#碳鋼的緩蝕率分別為75%，77%；在5%硫酸溶液中，最佳的添加量為0.6%，其對(duì)20#及45#碳鋼的緩蝕率分別為96%，98%；在5%硝酸溶液中，最佳的添加量為0.9%，其對(duì)20#及45#碳鋼的緩蝕率分別為72%，84%。

2.通過(guò)添加KI作為增效成分，在3種酸液中，保持2-苯基咪唑啉/KI復(fù)合緩蝕劑的添加量為0.6%不變的情況下，在5%鹽酸溶液中，最佳的2苯基咪唑啉與KI質(zhì)量比為6:4；在5%硫酸溶液中，對(duì)于20#、45#碳鋼材質(zhì)來(lái)說(shuō)，最佳的2苯基咪唑啉與KI質(zhì)量配比為8:2；在5%硝酸溶液中，對(duì)于20#、45#碳鋼材質(zhì)來(lái)說(shuō)，最佳的2苯基咪唑啉與KI質(zhì)量配比為7:3。

[1]郭學(xué)輝,王康,胡百順,等.氨基酸類緩蝕劑緩蝕機(jī)理研究進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2013,25(1):63-66.

[2]王永壘，李海云，陸露露，等.硫氰酸鉀/硫脲復(fù)合物對(duì)45碳鋼的緩蝕性能評(píng)價(jià)[J].井岡山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2015,36(4):17-20.

[3]姜德成，劉福國(guó)，武素茹，等.新型三唑衍生物緩蝕劑對(duì)Q235-A鋼H2SO4酸洗的緩蝕作用[J].材料保護(hù)，2010，43(3):24-26.

[4]王永壘，李海云，方紅霞.硫氰酸鉀在酸洗液中對(duì)鑄鐵的緩蝕性能[J].材料保護(hù)，2014，47(6):77-80.

[5]梅平,趙琳,高秋英,等.雙環(huán)咪唑啉及其季銨鹽對(duì)N80鋼在飽和二氧化碳鹽水溶液中的緩蝕性能研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)：自科版，2007,4(4):52-54.

[6]張軍，李中譜，趙衛(wèi)民.咪唑啉緩蝕劑緩蝕性能的理論研究[J].石油學(xué)報(bào)：石油加工，2008，24（5）：598-604.

[7]王玉娜，聶凱斌，楊冬.模擬海水淡化一級(jí)反滲透產(chǎn)水中咪唑啉緩蝕劑對(duì)20#碳鋼的緩蝕行為[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2015,35(5):407-414.

[8]張大全,高立新,周國(guó)定.2-苯基咪唑啉的合成及其在環(huán)氧粉末涂料中應(yīng)用[J].腐蝕與防護(hù)，2009,30（9）：604-610.

The Corrosion Inhibition Performance of 2-phenyl-imidazoline on the 20#and 45#Carbon Steel in Common Acid Solutions

Li Haiyun,Wang Yonglei,Xu Tao,Xu Yeping
(School of Chemistry&Chemical Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

The corrosion inhibition performance of 2-phenyl-imidazoline as inhibitor(at 40℃)on the 20#and 45#carbon steel in different acid solutions(5%H2SO4,5%HNO3,5%HCl)are studied,and the optimal amount of 2-phenyl-imidazoline is also determined by static weight loss method.The results show that in the above three acidic media,2-phenylimidazoline has certain inhibition effect,andKI also has a synergistic inhibition effect on carbon steel 20#and 45#carbon steel.

2-phenyl-imidazoline;weight loss method;20#carbon steel;45#carbon steel

TQ085;TG174

A

1672-447X(2017)05-0037-004

2016-11-01

安徽省自然科學(xué)研究項(xiàng)目（KJHS2017B11）；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510375015)；黃山學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目(2015xkjq002)

李海云（1981-），河南開(kāi)封人，碩士，黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院助教，研究方向?yàn)榫徫g劑開(kāi)發(fā)。

責(zé)任編輯：胡德明