功能化咪唑离子液体缓蚀剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种功能化咪唑离子液体缓蚀剂，将能够与金属铁发生配位作用的脲或者硫脲官能团接枝在具有一定防腐性能的咪唑离子液体中，制备得到了具有优异防腐性能的脲或硫脲功能化的咪唑离子液体。本发明专利技术还公开了该离子液体缓蚀剂的制备方法和应用，制备过程简单，后处理方便，且绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
功能化咪唑离子液体缓蚀剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及功能化咪唑离子液体缓蚀剂及其制备方法和应用。
技术介绍
低碳钢因其合理的生产成本和适当的机械强度，在很多领域被广泛的应用，例如船舶制备，机器部件，楼体，油田的生产设备等等。然而低碳钢在酸性介质中的腐蚀往往给人类的生产生活造成了巨大的经济损失，所以研究金属在酸性介质中的防腐具有非常重要的意义。为了减缓金属在酸性体系中的腐蚀速率，使用缓蚀剂已经成为最重要的手段之一，并且已经被广泛的应用于钢铁设备在酸性介质中的防腐，以及锅炉循环水系统的防腐和油气田的生产开发及炼油过程中的防腐等方面。但是传统缓蚀剂（比如一些铬酸盐、亚硝酸盐及磷酸盐类）存在严重的环境危害，在很大程度上已经被禁止使用，而且传统缓蚀剂在高酸条件下的缓蚀性能不是非常令人满意，往往出现防腐失效。因此，合成环境友好的高效有机缓蚀剂越来越多的受到了人们的关注。目前常用的一些性能优异的合成有机缓蚀剂多为一些包含N、P、S等带孤电子对的杂原子或者芳香环的化合物。他们能够通过静电相互作用或者π-d相互作用而紧密的吸附在金属表面，从而有效的阻隔腐蚀性介质对于金属基底的侵蚀。但是很多性能优异的合成缓蚀剂都是一些有毒物质，并且合成过程复杂，制备成本过高。如今，人们越来越多的关注于合成一些环境友好且易于降解的绿色缓蚀剂，比如氨基酸类，聚合物类及离子液体等。离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。通常使用的阳离子是一些含有N、P、S等元素或者咪唑，吡啶等芳香环，它们可以作为吸附中心与金属表面发生相互作用，所以是一类非常有效的潜在有机缓蚀剂。虽然一些常见的咪唑类离子液体作为缓蚀剂已经有一些报道(ZhouX,YangH,WangF.[BMIM]BF4ionicliquidsaseffectiveinhibitorforcarbonsteelinalkalinechloridesolution.ElectrochimicaActa.2011;56:4268-75.Ashassi-SorkhabiH,Es’haghiM.Corrosioninhibitionofmildsteelinacidicmediaby[BMIm]BrIonicliquid.MaterialsChemistryandPhysics.2009;114:267-71.)，但是对于功能化的离子液体作为缓蚀剂的研究报道依然很少，我们结合之前报道的方法，通过将能够与金属发生配位作用的脲或者硫脲通过分子设计的方法引入到咪唑离子液体中，从而合成了一系列脲、硫脲功能化的咪唑离子液体，我们希望通过离子液体中这两部分之间的协同作用，使得功能化的咪唑离子液体具有更加优异的缓蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一系列脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂。本专利技术的另一目的在于提供一系列脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂的制备方法。本专利技术的又一目的在于提供一系列脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂的用途。功能化咪唑离子液体缓蚀剂，其特征在于该缓蚀剂的结构通式如下：其中，R代表碳原子数为8到18的烷基；X代表O或S。功能化咪唑离子液体缓蚀剂的制备过程如下：具体步骤为：1）将1-(3-氨基丙基)咪唑和异氰酸正丁酯或异硫氰酸正丁酯（异氰酸正丁酯记为A，异硫氰酸正丁酯记为B）加入乙腈中，惰性气体保护下搅拌回流8~12小时，然后减压蒸出溶剂，即得相应的咪唑脲（M-A）或咪唑硫脲（M-B），真空干燥；2）惰性气氛保护下，将溴代烷加入溶有咪唑脲或咪唑硫脲的乙腈溶液中，回流搅拌8~12小时，之后蒸出溶剂，用二氯甲烷和乙酸乙酯进行重结晶，得到最终的产物M-A-R或M-B-R。所述1-(3-氨基丙基)咪唑与异氰酸正丁酯或异硫氰酸正丁酯的摩尔比为1：1.0~1.2。所述咪唑脲或咪唑硫脲与溴代烷的摩尔比为1：1.0~1.2。所述二氯甲烷和乙酸乙酯的体积比为1：10。本专利技术所述的脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂失重法分析结果显示其在5摩尔/升的盐酸溶液中具有较高的缓蚀性能。本专利技术所述的脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂作为低碳钢在5摩尔/升盐酸溶液中的缓蚀剂，通过电化学阻抗光谱分析可得，该系列的脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂能够有效的吸附在碳钢表面，通过脲或硫脲的N原子与铁表面形成稳定的配位键而形成致密的吸附膜，此外，咪唑离子液体中长长的疏水链能够反向伸入水中且相互缠绕而形成致密的疏水膜，能够有效的阻隔腐蚀性的氯离子对基底的侵蚀，从而起到有效的防腐性能。本专利技术所述的脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂，通过动电位极化曲线测量可知，该系列的脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂具有很高的缓蚀性能，且主要的缓蚀机理是以阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。具体实施方式为了更好的理解本专利技术所述的不同系列缓蚀剂的合成及作用，我们以M-A-R为例具体加以说明。实施例1辛基咪唑脲离子液体（M-A-8）缓蚀剂结构式为：白色固体，收率约为90%。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:8.78(s,1H),7.49(s,1H),5.28(s,1H),4.96(s,1H),4.45–3.94(m,4H),3.12(dd,J=17.7,5.0Hz,4H),1.94(dd,J=69.1,13.1Hz,4H),1.55–1.15(m,15H),0.89(d,J=14.5Hz,6H).13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:166.99,159.04,135.56,122.92,121.89,50.21,47.24,35.95,32.20,31.61,30.76,29.89,28.94,28.80,26.16,22.54,20.01,14.03,13.74.制备过程：250毫升圆底烧瓶中加入0.05摩尔1-(3-氨基丙基)咪唑，0.05摩尔异氰酸正丁酯，加入100毫升的乙腈作为溶剂，惰性气体保护下回流过夜。反应结束后，减压蒸出溶剂，得到油状残余物即为脲基功能化的咪唑，为了进一步的纯化，将该油状物真空干燥过夜。之后，将该油状物溶于100毫升的乙腈溶液中，然后在惰性气氛保护下逐滴加入溴代正辛烷(0.06摩尔)到上述混合溶液中，回流搅拌过夜，之后蒸出溶剂获得最终产物，为了纯化用二氯甲烷和乙酸乙酯体积比1：10进行重结晶，得到白色固体即为辛基咪唑脲离子液体缓蚀剂。实施例2十二烷基咪唑脲离子液体（M-A-12）缓蚀剂结构式为：白色固体，收率约为90%。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:10.32(s,1H),7.57(s,1H),7.21(s,1H),6.83(t,J=5.8Hz,1H),5.71(s,1H),4.49(t,J=6.2Hz,2H),4.26(t,J=7.5Hz,2H),3.14(dt,J=12.9,6.3Hz,5H),2.09(d,J=5.8Hz,2H),1.91(dd,J=13.9,6.8Hz,2H),1.46(dt,J=14.6,7.1Hz,2H),1.39–1.18(m,22H),0.88(q,J=7.3Hz,6H).13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:159.34,137.40,122.45,121.55,77.34,77.02,76.71,50本文档来自技高网...

【技术保护点】
功能化咪唑离子液体缓蚀剂，其特征在于该缓蚀剂的结构通式如下：其中，R代表碳原子数为8到18的烷基；X 代表O或S。

【技术特征摘要】
1.功能化咪唑离子液体缓蚀剂，其特征在于该缓蚀剂的结构通式如下：其中，R代表碳原子数为8到18的烷基；X代表O或S。2.如权利要求1所述功能化咪唑离子液体缓蚀剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）将1-(3-氨基丙基)咪唑和异氰酸正丁酯或异硫氰酸正丁酯加入乙腈中，惰性气体保护下搅拌回流8~12小时，然后减压蒸出溶剂，即得相应的咪唑脲或咪唑硫脲，真空干燥；2）惰性气氛保护下，将溴代烷加入溶有咪唑脲或咪唑硫脲的乙腈溶液中，回流搅拌8~...

【专利技术属性】
技术研发人员：周峰，于强亮，蔡美荣，裴小维，刘维民，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62