梅 平，霍 松，艾俊哲，張 引，鄭延成

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

緩蝕技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)、有效、通用性強(qiáng)的金屬防腐蝕方法，已在石油、化工、能源等工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外對油田緩蝕劑的研究取得了長足進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)，兩種或多種緩蝕劑混合的緩蝕效果優(yōu)于單一緩蝕劑，而且這種效果并不是簡單的加合，而是相互促進(jìn)的結(jié)果[1]。目前已有多篇文獻(xiàn)研究報道了復(fù)合喹啉類緩蝕劑的優(yōu)良性能[2～7]。

作者采用靜態(tài)失重法評價了一種雙喹啉季銨鹽QAD在鹽酸體系中對N80鋼的緩蝕性能，研究了丙炔醇對主緩蝕劑QAD的協(xié)同效應(yīng)和非離子表面活性劑OP-10的增效作用，得到一種新型高效的復(fù)合緩蝕劑QBP-1。通過動電位極化掃描和交流阻抗測定研究了QBP-1在鹽酸酸化體系中的電化學(xué)行為。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

鹽酸、喹啉、對二氯芐、丙炔醇(BCC)、丙酮、乙醇，均為分析純。

紅外光譜儀，真空泵，鼓風(fēng)干燥箱，分析天平(0.1 mg)，恒溫水浴(多口)，游標(biāo)卡尺，CS300型電化學(xué)測試系統(tǒng)(華中科技大學(xué))，CHI660電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)。

1.2 雙喹啉季銨鹽QAD的緩蝕性能

用12%的鹽酸溶液分別配制質(zhì)量濃度為50 mg·L-1、100 mg·L-1、200 mg·L-1、250 mg·L-1的緩蝕劑QAD樣品溶液。以N80鋼為試片，依據(jù)石油天然氣總公司制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5405-1996“酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標(biāo)”進(jìn)行靜態(tài)測試，確定緩蝕效果較好的濃度，作為復(fù)配主體。

1.3 丙炔醇與主緩蝕劑QAD的協(xié)同效應(yīng)研究

在上述確立的最佳濃度下，將QAD與丙炔醇以不同質(zhì)量濃度比復(fù)配，在不同溫度下的12%鹽酸酸化體系中反應(yīng)4 h，采用靜態(tài)失重法確定最佳復(fù)配體系QAD-BCC。

1.4 OP-10的緩蝕增效作用研究

在60℃下，將最佳復(fù)配體系QAD-BBC與OP-10以不同質(zhì)量濃度比復(fù)配，在12%鹽酸酸化體系中反應(yīng)4 h，比較不同加量OP-10在同一酸度下的緩蝕效果，研究非離子表面活性劑對緩蝕劑的增效作用，進(jìn)而確定緩蝕效果更優(yōu)的復(fù)合型喹啉緩蝕劑QBP-1。

1.5 電化學(xué)行為研究

以12%鹽酸為溶劑，配制200 mg·L-1、300 mg·L-1、400 mg·L-1的緩蝕劑QBP-1溶液，通過極化曲線和交流阻抗測定研究復(fù)合緩蝕劑QBP-1對N80鋼的緩蝕電化學(xué)行為。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙喹啉季銨鹽QAD的緩蝕性能

在12%的鹽酸溶液中對QAD的緩蝕性能進(jìn)行測定，結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，隨著QAD質(zhì)量濃度的增大，緩蝕率逐漸升高；當(dāng)QAD質(zhì)量濃度增大到200 mg·L-1時，緩蝕率趨于穩(wěn)定；且溫度在60℃以下時，緩蝕率可達(dá)到93%以上，90℃以上脫附明顯。

2.2 輔緩蝕劑丙炔醇與主緩蝕劑QAD的協(xié)同效應(yīng)

選擇丙炔醇與QAD復(fù)配，控制總濃度為200 mg·L-1，結(jié)果見圖2。

圖2 不同溫度下鹽酸酸化體系中QAD與丙炔醇的協(xié)同效應(yīng)

由圖2可以看出，輔緩蝕劑丙炔醇與主緩蝕劑QAD有明顯的正協(xié)同效應(yīng)，當(dāng)主緩蝕劑QAD與丙炔醇質(zhì)量濃度(mg·L-1)比為150∶50時，緩蝕效果最優(yōu)。

2.3 表面活性劑OP-10的增效作用

文獻(xiàn)[8]報道，在緩蝕劑中加入少量表面活性劑，可增強(qiáng)緩蝕劑的緩蝕效果。據(jù)此，在12%的鹽酸介質(zhì)中配制QAD與丙炔醇質(zhì)量濃度比為150∶50、總濃度為200 mg·L-1的QAD-BCC溶液，在60℃下，做掛片實驗，反應(yīng)時間為4 h。對腐蝕前后的鋼片進(jìn)行失重分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 鹽酸酸化體系中OP-10對喹啉類緩蝕劑的增效作用

由圖3可以看出，在鹽酸介質(zhì)中，OP-10對QAD-BCC的緩蝕性能有明顯的增效作用，緩蝕率隨著OP-10質(zhì)量濃度的增大而逐漸增大，當(dāng)OP-10質(zhì)量濃度達(dá)到30 mg·L-1時，增效效果最好；此后繼續(xù)增大OP-10質(zhì)量濃度，增效作用略有下降。因此，確定復(fù)合緩蝕劑QBP-1的最優(yōu)組成(mg·L-1)為QAD∶BCC∶OP-10=150∶50∶30。

2.4 電化學(xué)行為研究

在12%的鹽酸介質(zhì)中測定的極化曲線見圖4。

圖4 鹽酸酸化體系中緩蝕劑的極化曲線

通過三參數(shù)動力學(xué)方程，對測量的曲線進(jìn)行非線性擬合，結(jié)果見表1。

表1 鹽酸酸化體系中喹啉類緩蝕劑的極化數(shù)據(jù)

由圖4和表1可以看出，在12%鹽酸中加入QAD后，自腐蝕電位(Ec)明顯負(fù)移；加入相同質(zhì)量濃度的復(fù)合緩蝕劑QBP-1后，自腐蝕電位負(fù)移更多，并且QBP-1質(zhì)量濃度越大，負(fù)移越多。說明復(fù)合緩蝕劑QBP-1和主劑QAD一樣，屬于陰極型緩蝕劑。同時從電流密度(I)看，加入緩蝕劑后，電流密度明顯減?。磺屹|(zhì)量濃度越大，減小越多，緩蝕能力越強(qiáng)。

交流阻抗測定結(jié)果見圖5。

圖5 鹽酸酸化體系中喹啉類緩蝕劑交流阻抗曲線

由圖5可以看出，在鹽酸溶液中加入喹啉類緩蝕劑后，高頻容抗弧明顯增大，對應(yīng)電化學(xué)阻抗增大，緩蝕效果增強(qiáng)；而且相同濃度下，復(fù)合緩蝕劑QBP-1比單一主緩蝕劑QAD的電化學(xué)阻抗更大，緩蝕效果更好，與失重實驗結(jié)論一致。Nyquist圖中高頻容抗弧對應(yīng)著法拉第放電過程，反映活化過程的特征，即反映了緩蝕劑在電極表面所形成膜的性質(zhì)，低頻感抗弧的出現(xiàn)反映了金屬表面吸脫附情況，說明該復(fù)合緩蝕劑屬于界面吸附型緩蝕劑。在QAD中加入丙炔醇和OP-10后，緩蝕性能增強(qiáng)，可能是復(fù)配組分增強(qiáng)了QAD在腐蝕介質(zhì)中的分散、潤濕和滲透性[9]；同時依靠競爭吸附改變了金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使表面能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定，從而增大了腐蝕反應(yīng)的活化能，使腐蝕速率減慢；再者非離子表面活性劑OP-10還可有效填補(bǔ)膜層縫隙，致使膜層增厚，阻礙與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷和物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，因而也使腐蝕速率減慢。

3 結(jié)論

(1)雙喹啉季銨鹽QAD在鹽酸體系中對N80鋼具有良好的緩蝕性能，當(dāng)QAD質(zhì)量濃度為200 mg·L-1時，緩蝕效率趨于穩(wěn)定，低溫(<60℃)時緩蝕率達(dá)到93%以上。

(2)輔緩蝕劑丙炔醇與主緩蝕劑QAD復(fù)配后具有協(xié)同效應(yīng)，最佳復(fù)配比為150∶50。

(3)非離子表面活性劑OP-10對復(fù)配緩蝕劑體系QAD-BCC增效作用明顯，復(fù)合緩蝕劑QBP-1組成(mg·L-1)為QAD∶BCC∶OP-10=150∶50∶30。

(4)交流阻抗實驗結(jié)果表明，復(fù)合緩蝕劑QBP-1是以抑制陰極反應(yīng)為主的界面吸附型緩蝕劑。

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