一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法

1.本发明涉及二氧化碳腐蚀缓蚀剂技术领域，具体为一种抗二氧化碳腐蚀绿色蚀剂及其制备方法。


背景技术：

2.二氧化碳溶解在水中将形成弱碳酸，这被认为是最危险的酸类型之一，并引发严重的腐蚀问题。碳钢尽管具有较低的耐腐蚀性，但由于其高强度、高硬度和价格低廉的优点，它是油气基础设施中使用最广泛的一种钢材。然而在二氧化碳腐蚀等环境中最严重的问题就是钢材的耐腐蚀性能极差，直接影响管线及配套设备的使用寿命。
3.添加缓蚀剂是解决二氧化碳腐蚀问题的方法中最有效，最经济的防腐策略之一。目前，用于抑制二氧化碳腐蚀的缓蚀剂研究主要围绕咪唑啉及其衍生物、季铵盐和其他有机缓蚀剂展开。有机缓蚀剂包含一个或者多个极性官能团(带有n、o和s原子)以及π键，使其能够在金属表面吸附，形成致密、稳定的保护膜。但是大多数有机缓蚀剂不能完全被细菌及真菌降解，对环境和生物有害，并且合成过程复杂原料昂贵。从安全和环境友好的角度来看，开发合成简单、环境友好、高效的绿色缓蚀剂亟待解决。


技术实现要素：

4.本发明主要是克服现有大多数有机缓蚀剂不能被细菌或真菌完全降解以及部分壳寡糖衍生物缓蚀剂单独使用时缓蚀性能不能满足现场需求的技术问题，本发明提供了一种抗二氧化碳腐蚀绿色蚀剂及其制备方法。
5.为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案：
6.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂，其特征在于，其结构式如式(1)所示。
[0007][0008]
进一步的，所述的一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂是通过壳寡糖、香兰素与2,3-环氧丙基三甲氯化铵之间的醛胺缩合反应和季铵化反应，生成季铵盐香兰醛壳寡糖，具体反应如式(2)所示。
[0009]
[0010]
进一步的，所述的一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法，原材料按照以下配比进行配置。
[0011][0012]
进一步的，所述的一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法，包括以下步骤：
[0013]
s1：按照摩尔比1:12:8称取壳寡糖、香兰素和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵；
[0014]
s2：将壳寡糖放入圆底烧瓶内，加入30ml无水乙醇溶液溶解，加热溶胀30min；
[0015]
s3：将壳寡糖溶液ph调节至6.0后，磁力搅拌下滴加香兰素的无水乙醇溶液，加热回流4h后，静置过夜，再用无水乙醇洗涤多次，抽滤、烘干后得到黄色粉末；
[0016]
s4：将黄色粉末放入圆底烧瓶内，加入10ml异丙酮溶解，同时缓慢滴加1ml naoh溶液进行溶胀；
[0017]
s5：向溶胀后的溶液内少量多次滴加2,3-环氧丙基三甲基氯化铵溶液，进行反应，再用1mol/l的hcl调节ph值至中性；
[0018]
s6：将反应后溶液中的沉淀滤出，再用85％的乙醇-水溶液多次洗涤、浸泡，烘干后得到产品。
[0019]
进一步的，所述步骤s4中，溶胀时间应控制在4h内，溶胀温度应控制为55℃。
[0020]
进一步的，所述步骤s5中，溶胀后的溶液与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的反应时间应控制在4h内，反应温度应控制为60℃。
[0021]
进一步的，所述步骤s6中，得到季铵盐香兰醛壳寡糖的呈棕色固体粉末状。
[0022]
有益效果：
[0023]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0024]
(1)壳寡糖是聚合度在2～20之间的壳聚糖降解产物，壳寡糖的结构含有大量伯胺和羟基等官能团，能够被真菌或者细菌完全降解，环境友好，符合绿色缓蚀剂的要求；
[0025]
(2)壳寡糖分子中引入带有n
+
羟丙基甲基氯化铵基团，制得的高取代度的季铵盐壳寡糖，不仅能够提高缓蚀剂在水中的溶解度，还能通过增强其在金属表面的吸附性能从而提高缓蚀效率。
[0026]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了更清晰地了解本发明的技术方案，并可依照说明书的内容进行实施，以下本发明的具体实施方式如下。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面将对具体实施方式描述中所需使用的附图进行说明
[0028]
图1是本发明提供的季铵盐香兰醛壳寡糖的结构通式；
[0029]
图2是本发明提供的季铵盐香兰醛壳寡糖的红外光谱图；
[0030]
图3是本发明提供的抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂静态失重实验的腐蚀速率与缓蚀
效率；
[0031]
图4是本发明提供的未加入抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂腐蚀挂片能谱图；
[0032]
图5是本发明提供的加入抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂腐蚀挂片能谱图。
具体实施方式
[0033]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
实施例
[0035]
一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂，所需原材料包括壳寡糖、香兰素、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、无水乙醇、异丙酮、naoh和hcl。
[0036]
一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂制备方法，包括以下步骤：
[0037]
s1：按照摩尔比1:12:8称取壳寡糖、香兰素和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵；
[0038]
s2：将壳寡糖放入圆底烧瓶内，加入30ml无水乙醇溶液溶解，加热溶胀30min；
[0039]
s3：将壳寡糖溶液ph调节至6.0后，磁力搅拌下滴加香兰素的无水乙醇溶液，加热回流4h后，静置过夜，再用无水乙醇洗涤多次，抽滤、烘干后得到黄色粉末；
[0040]
s4：将黄色粉末放入圆底烧瓶内，加入10ml异丙酮溶解，在55℃环境下，缓慢滴加1ml naoh溶液并溶胀4h；
[0041]
s5：向溶胀后的溶液内少量多次滴加2,3-环氧丙基三甲基氯化铵溶液，反应4h，再用1mol/l的hcl调节ph值至中性；
[0042]
s6：将反应后溶液中的沉淀滤出，再用85％的乙醇-水溶液多次洗涤、浸泡，烘干后得到产品。
[0043]
对比实验1
[0044]
将3组平行试样分别置于80℃，3wt.％naci的二氧化碳饱和溶液中，在溶液中分别加入浓度为100ppm、200ppm、300ppm、400ppm和500ppm的抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂,并以未添加缓蚀剂的3wt.％naci的二氧化碳饱和溶液作为空白对照。在试片浸泡3d后取出，放入无水乙醇浸泡10min脱水后冷风吹干后用流水冲洗，擦去表面附着产物，将试片置于除膜液中超声10mi祛除腐蚀产物。从除膜液中取出试片后用流水冲洗，洗去表面残酸，再将试片置于无水乙醇中浸泡10mn脱水，用冷风吹干，置于干燥皿中放置1h后称重。根据称量挂片重量变化情况，计算试样的腐蚀速率v，如式子(1)所示。
[0045][0046]
式中：w0——试片腐蚀前的重量平均值，g；
[0047]wcorr
——试片腐蚀后的重量平均值，g；
[0048]
ρ——碳钢的密度，g/cm3；
[0049]
s——试样的总面积，m2；
[0050]
t——浸泡时间，h。
[0051]
根据不同浓度式(2)计算缓蚀效率η％。
[0052][0053]
式中：v0——不含缓蚀剂试样的腐蚀速率值，mm/a；
[0054]
v1——含缓蚀剂的腐蚀速率值，mm/a。
[0055]
添加不同浓度的抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂后试样的静态腐蚀速率和缓蚀效率的结果如表1所示。如表1所示，在静态腐蚀实验中，抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂在80℃下保持良好的缓蚀性能，对试样的二氧化碳腐蚀有明显的抑制作用。缓蚀剂浓度为500ppm时缓蚀效率可达90.5％，说明本发明所述的抗二氧化碳绿色缓蚀剂具有抗二氧化碳腐蚀效果好、用量少、成本低的特点。
[0056]
表1抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂静态腐蚀实验结果
[0057][0058]
对比实验2
[0059]
将3组平行试样分别置于静态(0m/s)和动态(8m/s)条件下的80℃，3wt.％naci的二氧化碳饱和溶液中，在溶液中加入浓度为500ppm的抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂,并以未添加缓蚀剂的3wt.％naci的二氧化碳饱和溶液作为空白对照，开展动态腐蚀实验，验证抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂在动态下的缓蚀性能。动态实验下各组试样的腐蚀速率与缓蚀效率如表2所示。如表2所示，腐蚀介质流速为8m/s的动态条件下缓蚀效率达89.1％，说明在静态条件与动态条件下，抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂均能保持稳定的缓蚀性能。
[0060]
表2抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂动态腐蚀实验结果
[0061][0062]
对比实验3
[0063]
对失重实验后的试样进行能量色散x射线光谱eds分析，其中o元素代表20#碳钢的腐蚀程度，当o元素含量越高，说明试样表面腐蚀程度越严重。试样经去离子水清洗表面，同时试样自身含n量极低，所以能否检测出含n量和含cl量反映抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂是否吸附在碳钢表面。从图4、图5和表3可以看出，加入抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂后，试样表面o含量减小，fe含量增大，腐蚀程度降低。同时，在试样表面检测到了n元素和cl元素，说明抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂可以吸附在试样表面，具有良好的抑制二氧化碳腐蚀效果。
[0064]
表3试样表面各元素含量
[0065]

技术特征：
1.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂，其特征在于，其结构式如式(1)所示。2.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂，其特征在于，通过壳寡糖、香兰素与2,3-环氧丙基三甲氯化铵之间的醛胺缩合反应和季铵化反应，生成季铵盐香兰醛壳寡糖，具体反应如式(2)所示。3.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法，其特征在于，原材料按照以下配比进行配置。4.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：按照摩尔比1:12:8称取壳寡糖、香兰素和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵；s2：将壳寡糖放入圆底烧瓶内，加入30ml无水乙醇溶液溶解，加热溶胀30min；s3：将壳寡糖溶液ph调节至6.0后，磁力搅拌下滴加香兰素的无水乙醇溶液，加热回流4h后，静置过夜，再用无水乙醇洗涤多次，抽滤、烘干后得到黄色粉末；s4：将黄色粉末放入圆底烧瓶内，加入10ml异丙酮溶解，同时缓慢滴加1ml naoh溶液进行溶胀；s5：向溶胀后的溶液内少量多次滴加2,3-环氧丙基三甲基氯化铵溶液，进行反应，再用1mol/l的hcl调节ph值至中性；s6：将反应后溶液中的沉淀滤出，再用85％的乙醇-水溶液多次洗涤、浸泡，烘干后得到产品。5.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，溶胀时间应控制在4h内，溶胀温度应控制为55℃。6.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，溶胀后的溶液与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的反应时间应控制在4h内，反应温度应控制为60℃。7.一种抗二氧化碳腐蚀绿色缓蚀剂及其制备方法，其特征在于，所述步骤s6中，得到季
铵盐香兰醛壳寡糖的呈棕色固体粉末状。

技术总结
本发明提供了一种抗二氧化碳腐蚀绿色蚀剂及其制备方法，该缓蚀剂由壳寡糖、香兰素和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵按摩尔比1:12:8的比例制成。本发明所述的抗二氧化碳腐蚀绿色蚀剂结构含有大量伯胺和羟基等官能团，能够被真菌或者细菌完全降解，环境友好，符合绿色缓蚀剂的要求；同时，引入带有N


技术研发人员：周军 刘诗桃 梁光川
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.02.12
技术公布日：2023/7/22