專利名稱：：1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于緩蝕劑領(lǐng)域，具體涉及一種1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：鋼鐵是現(xiàn)代重要的建筑材料之一，廣泛應(yīng)用于海、陸、空交通運輸、橋梁、車輛、機械設(shè)備、石油化工、城市建設(shè)等諸多領(lǐng)域。鋼鐵一般需要用酸液洗滌，這樣勢必會使鋼鐵材料受到腐蝕，造成浪費。鋼鐵腐蝕影響設(shè)備使用壽命的同時，還造成了生產(chǎn)和生活的安全隱患。采取有效的措施減緩抑制鋼鐵腐蝕反應(yīng)的發(fā)生尤為重要，添加緩蝕劑就是一種易于操作的有效手段，因其具有用量少、成本低、選材范圍廣、緩蝕效率高而得到最為廣泛的應(yīng)用。常用的緩蝕劑分為無機和有機兩種。無機緩蝕劑包括亞硝酸鹽和鉻酸鹽等，這類物質(zhì)使鋼鐵表面生成鈍化膜，阻止鋼鐵進一步腐蝕；有機緩蝕劑大多數(shù)為含N、S、0的有機物，常見的有硫脲及其衍生物、苯并三氮唑及其衍生物等，此類物質(zhì)通過化學(xué)吸附與鋼鐵表面形成比較牢固的膜，將鋼鐵基底與周圍的腐蝕介質(zhì)隔離開來，抑制侵蝕性物質(zhì)對鋼鐵的腐蝕。但上述現(xiàn)有的緩蝕劑大都具有毒副作用，在生產(chǎn)和使用過程中對操作人員和和生態(tài)環(huán)境存在較大危害，不滿足當(dāng)今綠色化學(xué)的發(fā)展要求。因此，環(huán)境友好型緩蝕劑成為金屬腐蝕與防護領(lǐng)域研究的趨勢，如何改善現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)、合成新型無毒高效緩蝕劑是生產(chǎn)、實驗亟待考慮的問題。離子液體是一種綠色環(huán)保的有機溶劑，它具有很多獨特的性能，在電化學(xué)、分離提純、脫硫、色譜等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在緩蝕劑領(lǐng)域并沒有相關(guān)報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用。1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體作為緩蝕劑環(huán)境友好、溶解性好，用在強酸環(huán)境中緩釋效果良好，解決了現(xiàn)有緩蝕劑毒副作用大的不足。本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的—種1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用，適用于用酸液對鋼鐵表面進行清洗這一過程。其方法為將鋼鐵浸沒于含有上述1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體緩蝕劑的酸液中，對鋼鐵進行清洗。這樣，在清洗鋼鐵表面時就會減輕酸液對鋼鐵的腐蝕，對鋼鐵起到保護作用。上述方法中，所述1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體緩蝕劑在酸液中的加入量為0.01g/L-lg/L；所述酸液的濃度為0.lmol/L-lmol/L；所述酸液為稀硫酸或稀鹽酸，鋼鐵浸沒在酸液中的溫度為20-25°C，浸沒時間為3-4小時。本發(fā)明所用到的離子液體為1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽，結(jié)構(gòu)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>ι-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽的制備方法為(1)將氯代正十四烷和N-甲基咪唑等摩爾混合放入錐形瓶內(nèi)，然后置于微波爐內(nèi)加熱，微波功率為210w，加熱溫度為90-100°C，加熱方式為間歇式，每隔IOs加熱一次，每次加熱30s，反應(yīng)液產(chǎn)生黃色分層后停止加熱；(2)反應(yīng)后將反應(yīng)液放置一段時間直到其變?yōu)楣腆w；(3)用丙酮將固體溶解，在5°C下重結(jié)晶，抽濾；(4)重復(fù)步驟(3)三次得到白色粉末，將白色粉末在30°C下真空干燥12h，即得到純凈的1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體。1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽為離子液體，水溶性能極好，在較寬的溫度范圍內(nèi)不揮發(fā)，對生態(tài)無毒害，綠色環(huán)?！，F(xiàn)今，離子液體被用于多個領(lǐng)域，但是在緩蝕劑領(lǐng)域卻并未見報道，本發(fā)明人經(jīng)過大量實驗研究，得出1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽能滿足酸性條件下對鋼鐵腐蝕的抑制作用，并且效果良好。1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽為含氮雜環(huán)化合物，氮原子含有孤對電子，可向鋼鐵材料的表面鐵原子空軌道提供電子進行吸附，形成有機分子膜，將鋼鐵基底與周圍的侵蝕性介質(zhì)隔離開來，抑制鋼鐵腐蝕，從而起到緩蝕作用。1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽分子中含有長鏈取代基，可形成具有一定厚度的分子膜層從而保證緩蝕性能。此外，雜環(huán)帶正電荷，在作為緩蝕劑應(yīng)用時，可在鋼鐵材料上外加負(fù)電位，一方面可加速離子液體向鋼鐵表面的移動利于成膜，另一方面對鋼鐵材料也是一種陰極保護技術(shù)。本發(fā)明的有益效果離子液體作為緩蝕劑，極易溶于水等生產(chǎn)中常見溶液，有利于在使用中的滲透；與常用的無機緩蝕劑相比，對環(huán)境和生物沒有毒害作用，彌補了現(xiàn)有緩蝕劑毒副作用大的不足；本緩蝕劑可有效抑制鋼鐵材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕反應(yīng)，緩蝕效率好。圖1為實施例1中不同濃度的緩蝕劑在0.lmol/L硫酸溶液中25°C的極化曲線；其中，a.不加緩蝕劑，b.緩蝕劑濃度為0.01g/L,c.緩蝕劑濃度為0.lg/L，d.緩蝕劑濃度為1.Og/L。圖2為實施例5中不同濃度的緩蝕劑在0.lmol/L鹽酸溶液中25°C的極化曲線；其中，a.不加緩蝕劑，b.緩蝕劑濃度為0.01g/L,c.緩蝕劑濃度為0.lg/L,d.緩蝕劑濃度為1.0g/L。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例及緩釋效果對本發(fā)明作進一步說明。1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽的制備方法如下(1)稱取氯代正十四烷23.2g(0.lmol)、N-甲基咪唑8.21g(0.lmol)，將它們放入錐形瓶內(nèi)(250mL)，調(diào)節(jié)微波爐功率為210W，升溫至反應(yīng)溫度(90-100°C)，加熱方式為間歇式加熱，每IOs加熱一次，每次加熱30s，以此循環(huán)，直至產(chǎn)生黃色分層后停止加熱；(2)將反應(yīng)液常溫下冷卻，一段時間后變成黃色固體；(3)用丙酮將固體完全溶解，然后放入冰箱內(nèi)冰凍大約30min(5°C)，然后抽濾；(4)重復(fù)步驟(3)三次，得到白色粉末，然后將白色粉末在真空干燥箱中30°C下干燥12h，得到純凈的樣品。采用電化學(xué)測試方法(極化曲線)和掛片失重法對本發(fā)明產(chǎn)品的緩蝕性能進行評定，條件浸泡溫度為20-25°C，浸泡時間3-4小時。1、掛片失重法實驗試件為鐵片，依次用800#、1200#、2000#水磨砂紙進行打磨至表面光亮為止。測量尺寸，在丙酮中清洗脫脂，用濾紙吸干，放入干燥器內(nèi)干燥24h。將干燥后的試件準(zhǔn)確稱重。將試件用尼龍絲懸掛，浸泡在含有不同濃度的緩蝕劑或無緩蝕劑的稀鹽酸或稀硫酸中。試件要全部進入溶液，每個試件浸泡深度要求大體一樣，上端應(yīng)在頁面以下20mm。自試件進入溶液時開始記錄腐蝕時間，4h后將試件取出，用水反復(fù)清洗除去表面腐蝕產(chǎn)物。然后用丙酮清洗濾紙吸干，放在干燥器內(nèi)干燥24h后稱重。腐蝕速率計算公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>ν試件的腐蝕速率，g/cm2·h；m0試件腐蝕前質(zhì)量，g；m試件腐蝕后質(zhì)量，g；S試件面積，cm2；t:試件腐蝕時間，h。緩蝕效率計算公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>V0空白硫酸溶液中試件的腐蝕速率；ν加入緩蝕劑的硫酸溶液中試件的腐蝕速率。2、電化學(xué)測試電化學(xué)測試采用極化曲線法，測試體系為三電極體系電解池，測試儀器采用德國Zahner公司的電化學(xué)工作站(型號Zermium)，電解液為含有不同濃度的緩蝕劑或無緩蝕劑的稀鹽酸或稀硫酸。工作電極為鐵電極，輔助電極為鉬電極，參比電極為飽和甘汞電極，掃描范圍-0.8V-0.4V(所記錄電位均相對于飽和甘汞電極)，電位掃描速度為5mV/s。下述實施例1-6中，a表示酸液，b表示酸液+0.01g/L緩蝕劑，c表示酸液+0.Ig/L緩蝕劑，d表示酸液+1.Og/L緩蝕劑。實施例1在IL濃度為0.lmol/L的稀硫酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.Og/L的緩蝕劑，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以0.lmol/L的稀硫酸溶液為對照。浸泡溫度為25°C，浸泡時間4小時，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>其中，a.0.lmol/L硫酸；b.0.lmol/L硫酸+0.Olg/L1_十四烷基_3_甲基咪唑氯鹽；c.0.lmol/L硫酸+0.lg/L1_十四烷基_3_甲基咪唑氯鹽；d.0.lmol/L硫酸+1.0g/L1_十四烷基_3_甲基咪唑氯鹽；在100ml濃度為0.lmol/L的稀硫酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.0g/L的緩蝕齊U，然后加入實驗試片——鐵片進行進行電化學(xué)測試，以0.lmol/L的稀硫酸溶液為對照。結(jié)果如見圖2所示。極化曲線測試結(jié)果顯示，與不加緩蝕劑的酸液相比，加入緩蝕劑后陽極和陰極的腐蝕電流密度大大減小，緩蝕劑可有效抑制鋼鐵在酸液中的腐蝕；腐蝕電位變化不明顯，說明此緩蝕劑同時抑制了陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)，是混合型緩蝕劑。實施例2在IL濃度為0.5mol/L的稀硫酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.0g/L的緩蝕劑，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以0.5mol/L的稀硫酸溶液為對照。浸泡溫度為20°C，浸泡時間4小時，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例3在IL濃度為0.7mol/L的稀硫酸中分別加入0.01g/L、0).lg/L、1.0g/L的緩蝕劑，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以0.7mol/L的稀硫酸溶液為對照。浸泡溫度為25°C，浸泡時間3小時，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>通過實驗測試獲得的緩蝕效率為90%，顯示為高效緩蝕劑。實施例4在IL濃度為lmol/L的稀硫酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.0g/L的緩蝕劑，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以lmol/L的稀硫酸溶液為對照。浸泡溫度為25°C，浸泡時間4小時，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例5在IL濃度為0.lmol/L的稀鹽酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.Og/L的緩蝕劑，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以0.lmol/L的稀鹽酸溶液為對照。浸泡溫度為25°C，浸泡時間4小時，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在IOOml濃度為0.lmol/L的稀鹽酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.Og/L的緩蝕齊U，然后加入實驗試片——鐵片進行進行電化學(xué)測試，以0.lmol/L的稀鹽酸溶液為對照。結(jié)果如見圖1所示。極化曲線測試結(jié)果顯示，與不加緩蝕劑的酸液相比，加入緩蝕劑后陽極和陰極的腐蝕電流密度大大減小，緩蝕劑可有效抑制鋼鐵在酸液中的腐蝕；腐蝕電位變化不明顯，說明此緩蝕劑同時抑制了陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)，是混合型緩蝕劑。實施例6在IL濃度為lmol/L的稀鹽酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.0g/L的緩蝕劑，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以lmol/L的稀鹽酸溶液為對照。浸泡溫度為25°C，浸泡時間4小時，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例7在IL濃度為0.5mol/L的稀鹽酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.0g/L的緩蝕劑，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以0.5mol/L的稀鹽酸溶液為對照。浸泡溫度為25°C，浸泡時間4小時，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例8在IL濃度為0.2mol/L的稀硫酸中分別加入0.01g/L、0.lg/L、l.0g/L的1_十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽鋼鐵緩蝕劑(以下簡稱緩蝕劑)，然后加入實驗試片——鐵片進行掛片失重實驗，以0.2mol/L的稀硫酸溶液為對照。結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求一種1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征是方法為將鋼鐵浸沒于含有上述1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體緩蝕劑的酸液中，對鋼鐵進行清洗。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征是所述1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體緩蝕劑在酸液中的加入量為0.01g/L-lg/L。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的應(yīng)用，其特征是所述酸液的濃度為0.lmol/L-lmol/L。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征是鋼鐵浸沒溫度為20-25°C，時間為3-4小時。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征是所述酸液為稀硫酸或稀鹽酸。全文摘要本發(fā)明公開了一種1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體作為鋼鐵緩蝕劑的應(yīng)用，其方法為將鋼鐵浸沒于含有上述1-十四烷基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體緩蝕劑的酸液中，對鋼鐵進行清洗。本發(fā)明的有益效果為離子液體作為緩蝕劑，極易溶于水等生產(chǎn)中常見溶液，有利于在使用中的滲透；與常用的無機緩蝕劑相比，對環(huán)境和生物沒有毒害作用，彌補了現(xiàn)有緩蝕劑毒副作用大的不足；本緩蝕劑可有效抑制鋼鐵材料在酸性介質(zhì)中的腐蝕反應(yīng)，緩蝕效率好。文檔編號C23F11/04GK101818349SQ20101014970公開日2010年9月1日申請日期2010年4月19日優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日發(fā)明者潘奇?zhèn)?王雙平,裴梅山,趙琪,郭文娟申請人:濟南大學(xué)