2-苯基咪唑啉在常见酸洗液中对20#、45#碳钢的缓蚀性能

李海云，王永垒，许涛，徐叶平

（黄山学院化学化工学院，安徽黄山245041）

2-苯基咪唑啉在常见酸洗液中对20#、45#碳钢的缓蚀性能

李海云，王永垒，许涛，徐叶平

（黄山学院化学化工学院，安徽黄山245041）

采用静态失重法研究2-苯基咪唑啉作为缓蚀剂（40℃恒温时）在5%盐酸、5%硫酸及5%硝酸介质中对20#、45#碳钢的缓蚀行为，确定了2-苯基咪唑啉在各种酸性条件下的最佳添加量，并研究了在不同酸性溶液中复合型缓蚀剂2-苯基咪唑啉/KI对20#、45#碳钢材质的缓蚀性能。结果表明2-苯基咪唑啉在上述3种酸性介质中对20#碳钢，45#碳钢均具有一定的缓蚀作用，其中KI成分对2-苯基咪唑啉具有协同缓蚀效果。

2-苯基咪唑啉；静态失重法；20#碳钢；45#碳钢

0 引言

在油田的酸化及化工设备的酸洗环节，金属腐蚀常常无法避免，最常用的方法就是向酸性清洗液中添加酸洗缓蚀剂[1-4]。其中，长链咪唑啉类缓蚀剂[5-7]是环境友好缓蚀剂，具有高效、低毒的特点，是一种性能优良的缓蚀剂。2-苯基咪唑啉作为短链咪唑啉化合物，成本较低，目前主要用作粉末涂料的环氧固化剂[8]，作为缓蚀剂成分进行研究报道的较少。本实验采用静态失重法研究2-苯基咪唑啉在40℃恒温环境下分别在10%盐酸、10%硫酸溶液及5%的硝酸中对20#碳钢及45#碳钢的缓蚀行为，通过实验确定2-苯基咪唑啉在上述各种酸性条件下的最佳使用量，并研究了在不同酸性溶液中，复合型缓蚀剂2-苯基咪唑啉/KI对20#、45#碳钢材质的缓蚀性能，从而为其工业缓蚀应用提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

2-苯基咪唑啉（工业品，黄山华惠科技有限公司）、盐酸、硫酸、硝酸均为分析纯，20#、45#碳钢腐蚀挂片(28cm2，扬州市祥玮机械有限公司)。

1.2 缓蚀性能评价

在40℃下，分别将20#、45#碳钢挂片放入含不同2-苯基咪唑啉缓蚀剂浓度的酸洗介质中浸泡一段时间（浸泡腐蚀时间为：5%盐酸，2h;5%硫酸,2h;5%硝酸,0.5h），每组3个平行样；待实验结束，将腐蚀挂片取出，并依次用乙醇、丙酮清洗，快速干燥并称重。按公式分别计算20#、45#碳钢腐蚀挂片的腐蚀率，式中：v表示腐蚀率，g·m-2·h-1；

△w表示实验前后被腐蚀试样的重量差值，g；

S表示试样的表观面积，m2；

t表示浸泡试验时间，h。

2-苯基咪唑啉缓蚀剂在不同酸性溶液中对20#、45#碳钢材质的缓蚀率计算如下：

式中：η表示缓蚀率，%；

v1，v0分别表示腐蚀挂片在有无缓蚀剂时的腐蚀率，g/(m2·h)。

2 结果与讨论

2.1 5%HCl溶液中2-苯基咪唑啉的量对20#、45#碳钢的缓蚀性能

图1 5%HCl溶液中2-苯基咪唑啉的量对20#、45#碳钢的缓蚀性能

由图1可知，在5%HCl溶液中，随着2-苯基咪唑啉量的加大，对20#碳钢及45#碳钢的缓蚀性能基本为先快速增加而后趋于稳定。当2-苯基咪唑啉的添加量为0.9%时，其对20#碳钢挂片在5%盐酸中的缓蚀率达到了75%，对45#碳钢腐蚀挂片的缓蚀率达到了77%，随着2-苯基咪唑啉量的继续增加，其对20#碳钢及45#碳钢在5%盐酸中的缓蚀率增加均不明显。这是由于当缓蚀剂量不足时，在金属表面无法形成较好的沉积膜，腐蚀较快，此时，随着2-苯基咪唑啉量的继续增加，在腐蚀挂片的表面逐渐形成了有效的缓蚀膜，缓蚀率急剧提高。因此，在5%HCl溶液中，适宜的2-苯基咪唑啉的添加量为0.9%。

2.2 5%H2SO4中2-苯基咪唑啉的加入量对20#、45#碳钢的缓蚀性能

如图2是5%H2SO4中2-苯基咪唑啉的加入量对20#、45#碳钢的缓蚀性能的关系图，从图2可以看出，随着2-苯基咪唑啉添加量的增加，其对20#及45#碳钢挂片的缓蚀率出现起初增加较快而后变化不明显的趋势。当2-苯基咪唑啉的添加量为0.6%时，其在5%硫酸溶液中对20#碳钢的缓蚀率达到96%，继续增大2-苯基咪唑啉的添加量至0.75%，其对20#碳钢的缓蚀率达到最大，为98%，此后继续增加2-苯基咪唑啉的量，20#碳钢缓蚀率变化不大。同样地，当2-苯基咪唑啉的添加量为0.6%时，其在5%硫酸溶液中对45#碳钢的缓蚀率几乎达到最大，为98%，此后继续增加2-苯基咪唑啉的量，45#碳钢缓蚀率变化较小。因此，在5%硫酸溶液中，对于20碳钢来说，最佳的2-苯基咪唑啉的添加量为0.75%；对于45#碳钢来说，最佳的2-苯基咪唑啉的添加量为0.6%。

图2 5%H2SO4溶液中2-苯基咪唑啉的量对20#、45#碳钢的缓蚀性能

2.3 5%HNO3中2-苯基咪唑啉的加入量对20#、45#碳钢的缓蚀性能

图3 5%HNO3溶液中2-苯基咪唑啉的添加量对20#、45#碳钢的缓蚀性能

从图3可看出，在5%硝酸介质中，2-苯基咪唑啉对20#及45#碳钢的缓蚀效率均随着其添加量的增加而增大，最后呈平缓趋势。当2-苯基咪唑啉的添加量由0.9%增加到1.2%时，20#碳钢的缓蚀率从71.84%增加到73.93%，而45#碳钢的缓蚀率则由83.62%增加到85.12%，缓蚀率增加不明显。因此，针对20#及45#碳钢腐蚀挂片，在5%硝酸溶液中，适宜的2-苯基咪唑啉的添加量为0.9%。

2.4 复合缓蚀剂2-苯基咪唑啉/KI对20#碳钢的缓蚀性能

为了降低缓蚀成本，在实验中，我们使用KI作为复合物，在保持缓蚀剂总添加量为0.6%的条件下，来研究复合缓蚀剂2-苯基咪唑啉/KI对20#碳钢的缓蚀性能及协同缓蚀效应，结果见图4。

图4 2-苯基咪唑啉/KI对20#碳钢的缓蚀性能

从图4可以看出，分别在5%的盐酸、5%硫酸及5%硝酸介质中，保持缓蚀剂总添加量为0.6%不变的情况下，2-苯基咪唑啉/KI复合缓蚀剂对20#碳钢的缓蚀率因组分质量配比的不同而有所差异。对于3种酸性腐蚀介质来说，当复合适量的KI后，复合缓蚀剂对20#碳钢的缓蚀率均出现轻微上升趋势，较单独的2-苯基咪唑啉缓蚀效率要高，而后随着KI添加量的继续增加，复合缓蚀剂对20#碳钢的缓蚀率又出现下降。这说明2-苯基咪唑啉与KI存在着一定的协同效应，因此，在5%盐酸介质中，2-苯基咪唑啉与KI的最优质量比为6:4；在5%硫酸介质中，2-苯基咪唑啉与KI的最优质量比为8:2；在5%硝酸介质中，2-苯基咪唑啉与KI的最优质量比为7:3。

2.5 复合缓蚀剂2-苯基咪唑啉/KI对45#碳钢的缓蚀性能

在实验中，我们使用KI作为复合物，在保持缓蚀剂总添加量为0.6%的条件下，研究了复合缓蚀剂2-苯基咪唑啉/KI对45#碳钢的缓蚀性能，结果见图5。

图5 2-苯基咪唑啉/KI对45#碳钢的缓蚀性能

由图5可知，在缓蚀剂总量为0.6%的情况下，2-苯基咪唑啉和KI的质量配比对45#碳钢在5%的盐酸、5%硫酸及5%硝酸介质中的缓蚀效率有一定的影响。对于3种酸性腐蚀介质来说，当复合适量的KI后，复合缓蚀剂对20#碳钢的缓蚀率均出现轻微上升趋势，但在5%的硫酸介质中，KI的加入对45#碳钢缓蚀率的提高并不明显，这可能是2-苯基咪唑啉自身在5%硫酸介质中对45#碳钢缓蚀效率较高的缘故。因此，要达到节约成本与缓蚀率兼顾的情况下，在5%盐酸介质中，2-苯基咪唑啉与KI的适宜质量比为6:4；在5%硫酸介质中，2-苯基咪唑啉与KI的适宜质量比为8:2；在5%硝酸介质中，2-苯基咪唑啉与KI的适宜质量比为7:3。

3 结论

1.2-苯基咪唑啉对20#、45#碳钢的缓蚀结果表明：在5%盐酸溶液中，最佳的添加量为0.9%，其对20#及45#碳钢的缓蚀率分别为75%，77%；在5%硫酸溶液中，最佳的添加量为0.6%，其对20#及45#碳钢的缓蚀率分别为96%，98%；在5%硝酸溶液中，最佳的添加量为0.9%，其对20#及45#碳钢的缓蚀率分别为72%，84%。

2.通过添加KI作为增效成分，在3种酸液中，保持2-苯基咪唑啉/KI复合缓蚀剂的添加量为0.6%不变的情况下，在5%盐酸溶液中，最佳的2苯基咪唑啉与KI质量比为6:4；在5%硫酸溶液中，对于20#、45#碳钢材质来说，最佳的2苯基咪唑啉与KI质量配比为8:2；在5%硝酸溶液中，对于20#、45#碳钢材质来说，最佳的2苯基咪唑啉与KI质量配比为7:3。

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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

安徽省自然科学研究项目（KJHS2017B11）；安徽省大学生创新创业训练计划项目(201510375015)；黄山学院自然科学研究项目(2015xkjq002)

李海云（1981-），河南开封人，硕士，黄山学院化学化工学院助教，研究方向为缓蚀剂开发。

责任编辑：胡德明