曼尼希碱缓蚀剂的组成和缓蚀性能相关性的量子化学研究

董笑程，杨敬一，司英伟，徐心茹

(华东理工大学化工学院，绿色能源化工国际联合研究中心，上海 200237)

随着原油趋于劣质化及石油天然气开采中酸化技术的应用，在含硫含酸原油的集输、加工及酸化开采过程中引起管道和设备严重腐蚀。采用咪唑啉类及曼尼希碱类等缓蚀剂是抑制金属材料腐蚀的重要方法[1]。

近年来为了研发新型高效缓蚀剂，采用量子化学法对缓蚀剂分子结构与缓蚀性能相关性进行的研究受到广泛关注。Ayowole等[2]以3-甲基苯酚、哌嗪和甲醛为原料合成了一种曼尼希碱缓蚀剂，采用密度泛函理论计算了该缓蚀剂分子前线轨道分布，并对其在0.2 mol/L硫酸溶液中对碳钢的缓蚀性能与分子结构的关系进行了研究。Jeeva等[3]以烟酰胺为原料合成了3种曼尼希碱衍生物缓蚀剂，计算了3种缓蚀剂分子的前线轨道能隙(ΔE)、偶极矩(μ)、全局硬度(H)和软度(σ)，结果表明缓蚀剂在1.0 mol/L盐酸溶液中对碳钢的缓蚀性能与计算的量子化学参数与缓蚀率有良好的关联性。Lashkari等[4]优化了8种吡啶衍生物分子构型结构，计算了电子转移数(ΔN)、溶剂化自由能(ΔG)、化学势(Φ)等量子化学参数，结果表明，吡啶衍生物在盐酸中对Fe和Al的缓蚀率与其量子化学参数的线性决定系数R2为0.717～0.962。胡松青等[5]对4种咪唑啉衍生物在CO2饱和的3%NaCl溶液中对Q235A钢片的缓蚀性能进行了研究，采用在量子化学计算和分子动力学模拟结合的方法分析了咪唑啉衍生物的缓蚀机理，结果表明，咪唑啉衍生物的缓蚀率与其量子化学参数最高占据轨道能级(EHOMO)、最低未占轨道能级(ELUMO)和ΔE的线性决定系数R2为0.412～0.967。……