孫 飛，傅曉萍，李本高

（中國石化石油化工科學研究院，北京100083）

金屬材料在現(xiàn)代社會各行業(yè)中占有非常重要的地位，與此同時，金屬腐蝕現(xiàn)象也普遍存在，危害十分嚴重。添加緩蝕劑是一種常見的防腐蝕方法，具有工藝簡單、成本低廉、實用性強等特點。它可以大幅降低金屬設(shè)備的腐蝕速率，延長設(shè)備使用壽命，節(jié)約能源和材料。

近年來，隨著人類環(huán)保意識的增強，在緩蝕劑的開發(fā)與應用中越來越重視環(huán)境保護的要求，而傳統(tǒng)緩蝕劑往往對環(huán)境有一定的危害。咪唑啉緩蝕劑無毒、無刺激性氣味，對人體及周圍環(huán)境沒有危害，屬于環(huán)境友好型緩蝕劑。咪唑啉及其衍生物具有獨特的分子結(jié)構(gòu)，對碳鋼、合金鋼、黃銅、鋁、鋁合金等具有優(yōu)良的緩蝕性能，在硫酸、鹽酸、磷酸、檸檬酸等各種酸性介質(zhì)中均可起到良好的緩蝕作用，尤其對H2S、CO2腐蝕具有較好的抑制作用，因而在酸洗、水處理、石油工業(yè)、防銹包裝領(lǐng)域中應用廣泛［1－2］。1888年，Hoffmann報道了第一個咪唑啉化合物，此后大量的咪唑啉類化合物被合成出來。自20世紀60年代起，咪唑啉類化合物逐漸用于原油的采、集、輸、煉等各個過程，成為石油工業(yè)中應用最多的緩蝕劑。

1 咪唑啉緩蝕劑的基本性質(zhì)和合成方法

咪唑啉及其衍生物是含氮的五元雜環(huán)化合物，化學結(jié)構(gòu)見圖1，其化學性質(zhì)主要取決于1、2位取代基。

咪唑啉的合成有多種方法，包括由羧酸與多胺合成、由腈與多胺合成、由羧酸酯與多胺衍生物合成等，常見的是由長鏈脂肪酸或芳香酸（如月桂酸、豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、環(huán)烷酸、苯甲酸、苯乙酸等）與多胺（如二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙二胺、羥乙基乙二胺等）反應制得。其合成過程分為兩步：首先有機酸與多胺在170℃左右縮合脫去一分子水生成酰胺，然后繼續(xù)升溫至約220℃時脫去一分子水并關(guān)環(huán)形成咪唑啉中間體［3－7］。以油酸與二乙烯三胺為例，合成油酸咪唑啉中間體的反應路線見圖2。

在咪唑啉中間體的合成過程中，必須注意其逆反應——水解反應，咪唑啉環(huán)在有水存在時會發(fā)生一定程度的水解［8］。因此，反應過程中生成的水必須不斷移除，反應才能趨于完全。此外，咪唑啉環(huán)的水解反應是堿催化而酸抑制的，即在堿性條件下易水解開環(huán)，而在酸性環(huán)境中能穩(wěn)定存在。在堿性條件下，咪唑啉有兩種方式發(fā)生開環(huán)反應，即1、2位之間開環(huán)生成仲酰胺產(chǎn)物，2、3位之間開環(huán)生成叔酰胺產(chǎn)物，如圖3所示。pH升高，水解速率增加，當pH＜5.5時幾乎不發(fā)生水解，5.5＜pH＜10時水解速率隨pH升高而緩慢增加，10＜pH＜12時水解速率隨pH升高而快速增加，此后pH繼續(xù)升高時水解速率趨于穩(wěn)定。另外，咪唑啉2位取代基對水解速率影響顯著，2位無取代基時水解速率比2位有長烷基取代時約快10倍［4］。一般情況下，咪唑啉須保存在弱酸環(huán)境或無水乙醇中。

咪唑啉的合成反應可通過出水率、酸值等來監(jiān)測，也可用紅外吸收光譜來監(jiān)測，即波數(shù)1 560 cm－1和1 638cm－1附近的酰胺吸收峰消失，而在波數(shù)1 610cm－1附近出現(xiàn)咪唑啉環(huán)吸收峰［2－3］。

圖1 咪唑啉及其衍生物的化學結(jié)構(gòu)

圖2 油酸咪唑啉中間體的合成路線

圖3 咪唑啉水解開環(huán)反應

咪唑啉中間體具有較好的緩蝕性能，但水溶性較差，常常需要改性以提高水溶性，同時亦會促進其緩蝕性能。常用的改性方法有4種：①與硫酸二甲酯反應，使咪唑啉環(huán)上的叔胺季銨化［4］；②與鹵化物反應，使咪唑啉環(huán)上的叔胺季銨化，如氯乙酸鹽、氯化芐、氯乙醇、碘甲烷、3－氯－2－羥基丙磺酸鈉等［3－4］；③與環(huán)氧乙烷進行加成反應，在伯胺上引入聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu)［9］；④以尿素、硫脲、羧酸、膦酸、磺酸等基團與伯胺反應［10－11］。其中，前兩種是對咪唑啉環(huán)上的叔胺進行季銨化，帶有正電荷，相應的陰離子為鹵素或硫酸甲酯陰離子；后兩種是對連在咪唑啉環(huán)上的伯胺進行加成或縮合反應，為不帶電荷的中性化合物，相應的化學結(jié)構(gòu)見圖1（b）和1（c）。

2 咪唑啉緩蝕劑的作用機理

盡管咪唑啉類化合物的應用十分廣泛，但對其緩蝕機理并未研究透徹，目前普遍認為其緩蝕效果與其化學結(jié)構(gòu)、腐蝕環(huán)境及金屬表面狀態(tài)相關(guān)。

理論計算及XPS、AFM檢測結(jié)果表明，含雜原子的親水基團是咪唑啉分子的活性部位，N原子上的孤對電子及咪唑啉環(huán)的π電子，能與金屬表面的Fe原子的空d軌道形成電子給受體作用，因而咪唑啉分子能緊密地吸附在金屬表面，而疏水基團遠離并接近垂直于金屬表面排列，形成單分子吸附層保護膜，從而防止腐蝕性成分擴散至金屬表面，抑制腐蝕過程的發(fā)生。若咪唑啉濃度足夠高時，則在金屬表面形成雙層吸附層，即另一層咪唑啉分子的疏水基團與吸附在金屬表面的咪唑啉疏水基團因疏水作用而纏結(jié)，其親水基團則更加遠離金屬表面排列，單分子吸附層厚度約為2nm，雙分子吸附層約為4nm［12－14］。

咪唑啉緩蝕劑吸附到金屬表面形成吸附層保護膜后，可以改變腐蝕介質(zhì)中的氫離子氧化還原電位，絡(luò)合某些氧化劑而降低其電位，對金屬陽離子的放電過程影響很大，從而抑制陽極反應的發(fā)生。此外，咪唑啉季銨鹽上的陰離子對緩蝕劑在金屬表面的靜電吸附也有一定的促進作用。這些因素的協(xié)同作用，使得咪唑啉緩蝕劑的緩蝕效果顯著［15］。

咪唑啉的緩蝕性能與自身化學結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，一般而言，疏水基團越大，緩蝕性能越好，而確定疏水基團后，水溶性增加時緩蝕性能亦會增強［16－18］。陳敏等［17］以不同有機酸或脂肪酸甲酯與不同長度的多胺反應制備了一系列咪唑啉衍生物，通過靜態(tài)失重法考察了這些咪唑啉對A3碳鋼的緩蝕效果，結(jié)果表明親水基團碳鏈越長、氮原子越多時緩蝕性能越好，而疏水基團碳原子個數(shù)少于12時緩蝕率明顯降低。當疏水基團為體積較大的脂環(huán)基團或混合脂肪酸基團時，緩蝕效果良好，且能有效抑制由H2S引起的氫鼓泡。如環(huán)烷酸與四乙烯五胺制得的環(huán)烷基咪唑啉用量為4mg/L時，對A3碳鋼的緩蝕率可達98%。

由于石油化工領(lǐng)域的腐蝕情況非常復雜，單獨使用一種緩蝕劑往往難以達到較好的緩蝕效果，因而很少只采用一種緩蝕劑，而各種緩蝕劑的化學結(jié)構(gòu)不同，緩蝕機理也各有所異，常常將幾種緩蝕劑復合配伍使用，其緩蝕率一般高于各緩蝕劑單獨使用時的緩蝕率之和，這種廣泛存在的現(xiàn)象被稱為緩蝕劑的協(xié)同效應。不僅緩蝕劑之間有協(xié)同效應，緩蝕劑與某些表面活性劑、鹵化物、硫脲等也有強烈的協(xié)同效應，因而可以減少緩蝕劑的用量，提高緩蝕效率，對于簡化后處理過程、減少環(huán)境污染、降低經(jīng)濟成本等具有重要意義。

3 咪唑啉緩蝕劑的應用

3.1 酸性溶液環(huán)境

金屬的腐蝕現(xiàn)象常見于能產(chǎn)生H＋的酸性水溶液中，包括對金屬表面進行酸洗過程所用的硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸、鉻酸、氫氟酸、檸檬酸和混合酸等各種酸洗液，咪唑啉緩蝕劑可用于酸性溶液環(huán)境中金屬的防腐蝕保護。

Shaker等［18］報道了長鏈烷基酸（月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸）與二乙烯三胺反應，并以氯乙酸鈉或2－羥基－3－氯丙磺酸鈉改性制備烷基咪唑啉季銨鹽的方法，測試了其表面活性及在HCl溶液中的緩蝕性能。結(jié)果表明，未改性的咪唑啉難溶于水，以氯乙酸鈉改性的咪唑啉水溶性較好，以2－羥基－3－氯丙磺酸鈉改性的咪唑啉水溶性略差并表現(xiàn)出明顯的表面活性，而三者的緩蝕性能與其水溶性關(guān)系密切，水溶性越好緩蝕率越高。此外，烷基越長緩蝕效果越好，濃度越大緩蝕效果越好，而實驗時間延長時緩蝕效率明顯下降。

將芳香酸、長鏈脂肪酸或長鏈脂肪酸的天然混合物（如玉米油、棉籽油等）與多胺反應得到咪唑啉中間體，繼續(xù)與有機氯化物、硫酸二甲酯、硫脲等反應制備咪唑啉緩蝕劑，該緩蝕劑在酸性溶液中具有較好的緩蝕性能，與KI、表面活性劑等復配后可以提高緩蝕效果［19－21］。

線環(huán)烷酸主要來源于石油煉制中產(chǎn)生的減二、減三線油，我國年產(chǎn)量超過30kt，但資源利用率較低；松香是我國林產(chǎn)化學工業(yè)中重要的原料和產(chǎn)品，來源豐富、價格便宜，主要成分是三環(huán)二萜結(jié)構(gòu)的樹脂酸。兩者均含空間位阻較大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，用其制備的咪唑啉具有較好的緩蝕性能。石順存等［22］合成了水溶性環(huán)烷酸咪唑啉甜菜堿，采用靜態(tài)失重法和電化學方法研究的結(jié)果表明，其在HCl溶液中是以抑制陽極過程為主的混合型緩蝕劑，在 HCl溶液、HCl－H2S－H2O體系中有良好的緩蝕效果。Liu Xinyu等［23］和周永紅等［9］分別報道了油溶性松香咪唑啉和水溶性松香咪唑啉的合成與應用效果。易翔等［24］比較了松香咪唑啉與油酸咪唑啉的緩蝕性能，采用靜態(tài)失重法和電化學方法評價了兩者在10%的鹽酸溶液中的緩蝕性能，發(fā)現(xiàn)松香咪唑啉質(zhì)量分數(shù)為0.5%時緩蝕率可達88%，明顯高于同類型的油酸咪唑啉，原因可能是松香咪唑啉含有更為剛性的三環(huán)二萜結(jié)構(gòu)，比油酸咪唑啉的柔性長烷基鏈具有更大的空間位阻，即對金屬表面具有更大的覆蓋率，且其結(jié)構(gòu)中共軛的碳碳雙鍵使其更緊密地吸附于金屬表面，因而在相同濃度下緩蝕率更高。

3.2 CO2腐蝕環(huán)境

CO2腐蝕一直是影響石油和天然氣工業(yè)安全生產(chǎn)的主要問題。一般認為，干燥的CO2對鋼鐵沒有腐蝕，但在潮濕環(huán)境中或溶于水后對鋼鐵有很強的腐蝕性。與強酸（如鹽酸）相比，相同pH時CO2溶于水的總酸度更高，因而對鋼鐵的腐蝕性比強酸還嚴重。CO2溶于水形成弱酸，引起鋼鐵出現(xiàn)迅速的全面腐蝕和嚴重的局部腐蝕，如何解決CO2腐蝕受到人們的重視［25］。

普遍認為，因CO2腐蝕而在鋼表面形成的一層FeCO3膜，受鋼材組分、熱處理及溫度、pH、CO2分壓等環(huán)境因素的影響，并在測定腐蝕速率時起著關(guān)鍵作用。Zhao Jingmao等［26］詳細研究了溫度、pH、CO2分壓等因素對P110鋼材腐蝕速率的影響，發(fā)現(xiàn)80℃時腐蝕速率最大，符合油井現(xiàn)場60～90℃腐蝕最嚴重的事實，且溫度升高時腐蝕產(chǎn)物FeCO3的晶粒尺寸有變小和致密的趨勢。此外，酸性條件下腐蝕現(xiàn)象嚴重，pH升高時腐蝕速率減小且有利于FeCO3保護膜的形成；而CO2分壓增加時，腐蝕速率加快并符合deWaard－Milliams公式。在加入咪唑啉緩蝕劑后，腐蝕現(xiàn)象得到了有效抑制，緩蝕率可達90%以上。

Heydari等［27］和 Okafor等［28］的研究結(jié)果表明，氨基咪唑啉和月桂酸咪唑啉在飽和CO2的3%NaCl溶液中對碳鋼有較好的緩蝕性能，與碘離子復配后緩蝕效率得到進一步提高。龍彪等［29］以油基羥乙基咪唑啉為主劑，將其與硫脲、異丁醇、乳化劑和水復配得到一種耐高溫、高壓的抑制CO2腐蝕的緩蝕劑，以大慶深層天然氣井采出水為介質(zhì)，在壓力為20MPa、CO2分壓為0.5MPa時，在25℃和185℃兩種溫度條件下測定了該緩蝕劑對20號碳鋼試片的緩蝕性能，結(jié)果表明，添加200 mg/L該緩蝕劑時，室溫或高溫下靜態(tài)緩蝕率均為94%以上，動態(tài)緩蝕率均為90%以上。Okafor等［30］報道了松香基咪唑啉在飽和CO2溶液中對N80和P110兩種碳鋼的緩蝕效果，低溫時對N80碳鋼的緩蝕效果優(yōu)于P110，而較高溫度時對P110的緩蝕效果更佳，電化學測試結(jié)果表明松香基咪唑啉是一種混合型緩蝕劑，并采用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡觀測了碳鋼腐蝕和緩蝕前后的表面狀態(tài)。

3.3 H2S腐蝕環(huán)境

在酸性氣田開發(fā)過程中，由于天然氣中含H2S腐蝕介質(zhì)，會嚴重腐蝕井下管柱，甚至引起H2S泄漏，威脅正常生產(chǎn)和人身安全，因而加強對H2S腐蝕的防護研究尤為重要。

熊穎等［31］合成了油酸咪唑啉，將其與 OP－10、Span－80、植物油、吡啶及有機溶劑等復配得到一種有效抑制H2S腐蝕的緩蝕劑，在臥龍河某井進行現(xiàn)場掛片試驗，添加量為0.93kg/d時緩蝕率可達93%。Diaz等［32］利用多種電化學方法，在50℃、含H2S的3%NaCl溶液中，測定了不同濃度酰胺基烷基咪唑啉的緩蝕效果，結(jié)果表明，在含H2S的溶液中緩蝕劑濃度為50mg/L時緩蝕率最高，可達97%。

3.4 CO2/H2S共存環(huán)境

目前關(guān)于H2S或CO2單獨存在時的腐蝕與防護研究報道較多，已形成了較成熟的防腐措施。近年來，H2S和CO2共存條件下的腐蝕研究也逐漸展開。隨著油氣田的大力發(fā)展以及天然氣開發(fā)的持續(xù)深入進行，含H2S、CO2、Cl－等多種腐蝕介質(zhì)的油氣田相繼出現(xiàn)，油氣田生產(chǎn)設(shè)施容易發(fā)生嚴重腐蝕。對近年來國內(nèi)外事故的分析結(jié)果表明，油氣田的腐蝕主要是H2S和CO2共存環(huán)境的腐蝕，其中井筒和管線中的氣液兩相腐蝕問題成為近年來的研究熱點。李養(yǎng)池等［33］以環(huán)烷基咪唑啉為主劑，配以炔醇、聚氧乙烯醚等非離子表面活性劑及溶劑，復合得到一種氣液兩相緩蝕劑，可解決傳統(tǒng)的液相緩蝕劑難以抑制的井筒上部腐蝕、輸氣管道內(nèi)部腐蝕等問題。在90℃的模擬現(xiàn)場腐蝕環(huán)境中，投加200mg/L緩蝕劑時，對N80碳鋼的氣相緩蝕率大于90%，液相腐蝕速率為0.062 mm/a，低于行業(yè)標準值（0.076mm/a）。

劉忠運等［34］將硫脲基咪唑啉季銨鹽與炔氧甲基烷基芐基季銨鹽HPOMAQ、丁炔二醇BOZ、磷酸三乙酯TEP、增效劑SA進行復配得到復合緩蝕劑YHX－4，在90℃的總礦化度為139g/L的CO2/H2S腐蝕介質(zhì)中，YHX－4質(zhì)量分數(shù)為0.02%時，對P110E，P110S，TP110SS 3種鋼片的靜態(tài)緩蝕率大于92%，動態(tài)緩蝕率大于88%。張玉芳［35］合成了一種硫脲基咪唑啉，與硫代磷酸酯、炔醇類化合物、表面活性劑及有機溶劑等復配形成緩蝕劑TG500，模擬長慶油田下古氣藏的CO2/H2S介質(zhì)環(huán)境，高溫、高壓動態(tài)實驗結(jié)果表明，TG500濃度為100mg/L時，對N80，SM80SS，KO80SS等鋼材的緩蝕率可達95%以上。

3.5 油田采出液

隨著油田開采的持續(xù)進行，井下油層壓力減小，油井產(chǎn)量降低，通常采用向地下油層注水增壓驅(qū)油和酸化作業(yè)的方式增產(chǎn)。這些措施導致原油含水量增加，使得大部分油田已進入高含水期。油田采出水呈現(xiàn)“四高一低”特點，即礦化度高，HCO－3含量高，Ca2＋，Mg2＋，F(xiàn)e2＋等多價金屬離子含量高，細菌含量高，pH低。此外，油田采出液中常常含有H2S、CO2、溶解氧等腐蝕性氣體，引起油井的井下工具和設(shè)備腐蝕，造成泵漏、管漏、桿管斷脫以及井下工具失效等事故，影響正常生產(chǎn)，同時對原油的采、集、輸、煉等過程中金屬設(shè)備造成嚴重腐蝕，導致環(huán)境污染和經(jīng)濟損失。

陳卓元等［15］模擬了輪南油田回注污水［總礦化度為234.2g/L，其中Cl－質(zhì)量濃度為140g/L，溫度為（48±1.5）℃，CO2分壓為0.1MPa］，通過動態(tài)掛片試驗研究了咪唑啉緩蝕劑對API－N80與API－P105兩種鋼材的緩蝕性能，結(jié)果表明，緩蝕劑添加量為30mg/L時緩蝕率可達85%左右，性能良好。蘇俊華等［36］模擬了相同條件的油田污水，利用靜態(tài)掛片試驗發(fā)現(xiàn)3種水溶性咪唑啉緩蝕劑對API－N80和API－P105碳鋼均具有良好的緩蝕作用，即使在80℃高溫下，緩蝕劑濃度為30mg/L時緩蝕率仍達90%以上。楊新勇等［37］將松香咪唑啉季銨鹽與壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯TXP－10、烏洛托品、異丙醇等復配，可大大提高吸附膜的完整性，有效降低金屬腐蝕穿孔的危險，且具有良好的耐溫性，在緩蝕劑添加量為200mg/L時，在溫度分別為70，90，120℃的條件下對20號碳鋼的緩蝕率均可達95%以上，能滿足油田污水現(xiàn)場應用的要求。

3.6 煉油廠腐蝕環(huán)境

隨著二次采油、三次采油的普及，煉油廠加工原油中劣質(zhì)原油的比例越來越大，致使設(shè)備腐蝕問題日益嚴重，其中一次、二次加工裝置的低溫輕油部位設(shè)備的腐蝕尤為突出，包括空氣冷卻器、油水分離罐、換熱器、法蘭等設(shè)備。對于常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)，主要是HCl－H2S－H2O類型腐蝕；對于催化裂化裝置穩(wěn)定吸收系統(tǒng)和延遲焦化分餾塔冷凝系統(tǒng)，分別是HCN－H2S－H2O和HCl－H2S－NH3－H2O類型的腐蝕［10］。

于鳳昌等［10］分別以硫脲基咪唑啉衍生物和雙咪唑啉季銨鹽為主劑，與溴代十六烷基吡啶、鉬酸鈉、巰基乙醇、溶劑等復配得到兩種水溶性復合緩蝕劑，對較寬pH范圍（pH為1～10）介質(zhì)中的金屬材料具有良好的緩蝕作用，可用于常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)、催化裂化裝置穩(wěn)定吸收系統(tǒng)、延遲焦化分餾塔冷凝系統(tǒng)等的設(shè)備防腐，添加20 mg/L復合緩蝕劑時，緩蝕率可達97%以上。

李志遠等［5］以乙二胺、己二腈、氯化芐為原料合成了雙咪唑啉季銨鹽，在50℃的HCl－H2S－NaCl體系中僅添加10mg/L緩蝕劑時其緩蝕率即可達92%，而升溫至90℃時其緩蝕率仍可達82%，可用于防止常減壓蒸餾裝置的初餾塔頂、常壓塔頂、減壓塔頂處的腐蝕。孫菱翎等［38］合成了環(huán)烷酸咪唑啉，與表面活性劑、螯合物、有機胺等復配得到凝點為－48℃的水溶性緩蝕劑，用正交實驗法測出在最佳條件下緩蝕率高達99.68%，可用于常減壓蒸餾裝置的塔頂冷卻系統(tǒng)和油水分離系統(tǒng)的設(shè)備防腐。

3.7 其它腐蝕環(huán)境

咪唑啉緩蝕劑在鍋爐管道水環(huán)境中的應用相對較少。趙昀等［6］以椰油酸、二乙烯三胺和氯化芐制備了咪唑啉季銨鹽，研究了反應物比例、反應溫度、反應時間對合成產(chǎn)率的影響，并檢測出其在鍋爐水中對碳鋼的緩蝕率可達80%以上。

近年來，熱采技術(shù)在海洋稠油油田得到了應用和推廣，尤其是多元熱流體吞吐提高采收率技術(shù)，但在推廣應用過程中發(fā)現(xiàn)井下管柱及工具發(fā)生了不同程度的腐蝕，造成了很大的經(jīng)濟損失。孫永濤等［39］將季銨鹽咪唑啉、酰胺基咪唑啉、硫脲基咪唑啉等緩蝕劑用于抑制海洋稠油多元熱流體熱采工藝中P110鋼制油管的腐蝕，緩蝕率可達94%以上。

4 咪唑啉緩蝕劑的發(fā)展趨勢

綜上所述，咪唑啉型緩蝕劑由于良好的緩蝕性能、相對綠色無害等優(yōu)勢，數(shù)十年來發(fā)展迅速，廣泛應用于金屬的腐蝕防護，涉及酸洗過程，石油天然氣工業(yè)的采、集、輸、煉等環(huán)節(jié)，以及其它腐蝕環(huán)境。隨著石化行業(yè)的發(fā)展，咪唑啉緩蝕劑的研究與應用需向以下幾方面發(fā)展：

（1）咪唑啉的合成分為兩步高溫脫水反應和一步水溶性改性反應，在兩步高溫脫水階段，反應溫度分別需要達到170℃和220℃左右，這給安全生產(chǎn)帶來一定不便，若能尋找一種高效催化劑，降低反應溫度，則可大大改善生產(chǎn)條件和經(jīng)濟成本。

（2）在各種腐蝕因素中，氯離子比較特殊，其離子半徑小，易穿透金屬表面的保護膜，對碳鋼腐蝕性強，更容易形成點蝕，而點蝕的危害往往大于全面腐蝕，其防護難度也更大。目前常用的咪唑啉緩蝕劑大多是經(jīng)氯化芐或氯乙酸鈉改性得到的咪唑啉季銨鹽，氯元素以陰離子及未反應的有機氯化物的形式存在于緩蝕劑之中。隨著緩蝕劑的累積使用，這些氯元素終將腐蝕金屬設(shè)備。國內(nèi)已有部分油田和煉油廠意識到添加劑中氯元素的嚴重危害性，因而放棄使用含氯的助劑，包括含氯緩蝕劑。因此，開發(fā)無氯咪唑啉緩蝕劑，對于分子設(shè)計、經(jīng)濟成本和合成生產(chǎn)是一大挑戰(zhàn)。

目前，已有一些無氯的咪唑啉緩蝕劑被報道，一類是咪唑啉中間體與環(huán)氧乙烷的加成反應，形成親水的聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu)，另一類是在咪唑啉中間體引入尿素、硫脲、膦酸等基團，但二者各有弊端。前者的聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu)雖然能改善咪唑啉緩蝕劑的水溶性，但在常溫、常壓下環(huán)氧乙烷是一種有致癌毒性的無色無味氣體，故加成反應需在密閉加壓條件下進行，這對于生產(chǎn)的安全要求較高。后者的咪唑啉中間體引入尿素、硫脲、膦酸基團后，水溶性的改善程度有限，另外，引入膦酸基團后又存在磷污染的風險。為了避免使用緩蝕劑的后續(xù)腐蝕及環(huán)保風險，尋找低毒、廉價、無氯的水溶性改性試劑，對咪唑啉緩蝕劑的安全生產(chǎn)十分必要。

（3）咪唑啉單獨使用時有較好的緩蝕效果，與其它助劑復配后能進一步提高緩蝕性能，這種協(xié)同效應在前文已有大量實例，但咪唑啉與助劑的復配機理尚不明確，若能厘清協(xié)同效應的作用機理，將對快速高效地篩選出優(yōu)化的復合配方有重要的指導意義。

（4）咪唑啉緩蝕劑廣泛應用于各種腐蝕環(huán)境，但研究中大多只涉及其使用量，對使用后腐蝕環(huán)境中的殘余量未進行研究。當前僅有少量文獻涉及如何檢測殘余咪唑啉的濃度，一種是紫外光譜法，即直接測定咪唑啉環(huán)在235nm處的紫外特征吸收峰；另一種是顯色法，即與顯色劑締合后測定特定波長處的紫外特征吸收峰［40］。這兩種方法均測定特定波長處的紫外吸收峰，在實際生產(chǎn)中有較大的局限性，因為腐蝕環(huán)境中可能存在雜質(zhì)干擾。另外，顯色法操作復雜，且只適用于陽離子型的咪唑啉季銨鹽緩蝕劑，而這些咪唑啉季銨鹽大多由氯化芐或氯乙酸鈉改性而得，這不符合無氯緩蝕劑的發(fā)展趨勢。因此，利用現(xiàn)代先進的分析測量儀器，開發(fā)出一種快速高效檢測咪唑啉殘余濃度的分析方法十分必要。

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