曼尼希堿緩蝕劑的組成和緩蝕性能相關(guān)性的量子化學(xué)研究

董笑程，楊敬一，司英偉，徐心茹

(華東理工大學(xué)化工學(xué)院，綠色能源化工國際聯(lián)合研究中心，上海 200237)

隨著原油趨于劣質(zhì)化及石油天然氣開采中酸化技術(shù)的應(yīng)用，在含硫含酸原油的集輸、加工及酸化開采過程中引起管道和設(shè)備嚴(yán)重腐蝕。采用咪唑啉類及曼尼希堿類等緩蝕劑是抑制金屬材料腐蝕的重要方法[1]。

近年來為了研發(fā)新型高效緩蝕劑，采用量子化學(xué)法對緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)與緩蝕性能相關(guān)性進(jìn)行的研究受到廣泛關(guān)注。Ayowole等[2]以3-甲基苯酚、哌嗪和甲醛為原料合成了一種曼尼希堿緩蝕劑，采用密度泛函理論計算了該緩蝕劑分子前線軌道分布，并對其在0.2 mol/L硫酸溶液中對碳鋼的緩蝕性能與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行了研究。Jeeva等[3]以煙酰胺為原料合成了3種曼尼希堿衍生物緩蝕劑，計算了3種緩蝕劑分子的前線軌道能隙(ΔE)、偶極矩(μ)、全局硬度(H)和軟度(σ)，結(jié)果表明緩蝕劑在1.0 mol/L鹽酸溶液中對碳鋼的緩蝕性能與計算的量子化學(xué)參數(shù)與緩蝕率有良好的關(guān)聯(lián)性。Lashkari等[4]優(yōu)化了8種吡啶衍生物分子構(gòu)型結(jié)構(gòu)，計算了電子轉(zhuǎn)移數(shù)(ΔN)、溶劑化自由能(ΔG)、化學(xué)勢(Φ)等量子化學(xué)參數(shù)，結(jié)果表明，吡啶衍生物在鹽酸中對Fe和Al的緩蝕率與其量子化學(xué)參數(shù)的線性決定系數(shù)R2為0.717～0.962。胡松青等[5]對4種咪唑啉衍生物在CO2飽和的3%NaCl溶液中對Q235A鋼片的緩蝕性能進(jìn)行了研究，采用在量子化學(xué)計算和分子動力學(xué)模擬結(jié)合的方法分析了咪唑啉衍生物的緩蝕機(jī)理，結(jié)果表明，咪唑啉衍生物的緩蝕率與其量子化學(xué)參數(shù)最高占據(jù)軌道能級(EHOMO)、最低未占軌道能級(ELUMO)和ΔE的線性決定系數(shù)R2為0.412～0.967。……