環烷酸咪唑啉,系應用于煉油設備的高效油溶性緩蝕劑[2](經烷基化后，可得相應水溶性環烷基咪唑啉衍生物(Naphthenic Imidazoline Derivative，NID[3]，前人已就其在煉油設備[4]及工業水中作為緩蝕劑或殺菌劑開展了一些探討性的工作，并已表明其屬低毒藥劑[5]。針對脂肪基咪唑啉衍生物緩蝕性能的研究.國內外已先后有不少文獻報道[6-11]。但是.關于水溶性NID作酸洗緩蝕劑及油田污水水處理劑.目前國內外報道仍較少。
筆者探討了NID在鹽酸酸性介質中的緩蝕性能及油田污水中的緩蝕性能和殺菌性能.考察了其作為多功能水處理劑的可能性。這對擴大環烷酸咪唑啉應用領域、提高環烷酸資源綜合利用率等方面亦具有重要的意義
1 實驗部分
1.1 環烷基咪唑啉衍生物(NID)水處理劑的制備
在裝有溫度計、冷凝器、分水器的帶夾套的30 L不銹鋼反應裝置內，依次加入含酸質量分數95.2%、粗酸值192.5 mg/g(以KOH計)的環烷酸及工業級有機多胺，以二甲苯作攜水劑，通氮氣升溫至150～250℃進行縮合脫水反應而生成環烷酸咪唑啉，該反應通常在15～20 h內完成。當測得產物酸值(以KOH計)≤5.0 mg/g，IR譜圖與相應標準譜圖接近且在1 600 cm-1。附近處出現很強的特征吸收峰[6、12]，時，即可脫除二甲苯而轉入下一步反應所合成的環烷酸咪唑啉冷卻至120℃以下，加入烷基化試劑，控制溫度在70～110℃內，反應3～5h，即合成得陽離子型咪唑啉衍生物(NID)。反應到達終點時，產品完全溶于水。最后，將所得水溶性咪唑啉衍生物配制成有效成分質量分數為50%的含有少量鹵化物助劑的溶液。
1.2 酸性介質中對不同材質的緩蝕性能評價
參照GB/T 18175-2000(水處理劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》，采用2000mL燒杯，各加入1 500mL適當濃度的鹽酸溶液，再分別加入不同劑量的NID，
置人RCC—I型旋轉掛片腐蝕試驗儀內。試驗采用標準掛片(28 cm )，于常溫下或達到預定溫度后，控制轉速在(75±2)r/min下運行。達到指定時間后取出掛片，利用失重法分別計算腐蝕率及緩蝕率等。同時，還與目前國內用量最大的緩蝕劑LAN一826進行對比。
1.3 油田污水介質中的緩蝕及殺菌性能評價
1.3.1 污水水質
本試驗采用南海某油田污水。經測得污水水質為：pH 7.35，Na+ 為11 320 mg/L，Ca 2+為460 mg/L，Mg2+為86mg/L，Cl-為17340mg/L，SO42-為1 020mg/L，HC03-為771 mg/L，固化物為36 000 mg/L。
1.3.2 緩蝕評價
按石油天然氣行業標準SY 5273-1991《油田注水緩蝕劑評價方法》及SY/T 6301-1997((田采出水緩蝕劑通用條件》，模擬南海某油田系統的工況條件，采用帶水浴加熱、控溫磁力攪拌及液體石蠟絕氧的靜態腐蝕試驗裝置，在加入不同濃度NID的油田污水中懸掛碳銅掛片，于(80±1)℃下試驗168 h。
1.3.3 殺菌評價
參照GB/T 14643.1-1993(32業循環水中黏液形成菌的測定—— 平皿計數法》及中國石化集團公司《冷卻水分析和試驗方法》，于(35±1)℃恒溫條件下，對所研制的環烷基咪唑啉衍生物樣品分別進行異養菌、硫酸鹽還原菌及鐵細菌的殺菌性能評定。
2 實驗結果與討論
2.1 紅外光譜分析
對已合成好的NID，用KBr壓片法在PE System2000~3"IR紅外光譜儀上進行紅外光譜分析。由紅外光譜圖(略)可看出，所合成的咪唑啉衍生物紅外譜圖中，在1 605.99 cm- 處出現了較強的特征吸收峰。這說明，該衍生物中咪唑啉環結構依然存在，沒有因烷基的引入而受到破壞。另外，在1 651.00 cm～、1 537.39 cm-‘處出現了酰胺吸收峰，這是因為該咪唑啉衍生物中含有能與咪唑啉環發生緩蝕協同效應[13]的酰胺基團之故。
2.2 酸性介質中的緩蝕評價結果
2.2.1 60℃下碳鋼掛片
采用質量分數10%的鹽酸溶液，每個試驗采用2個燒杯平行進行，每個燒杯內掛人3片標準碳鋼掛片，(60±1)℃下掛片5 h。
NID在約10%鹽酸中，具有很好的緩蝕效果。60℃ 、5 h下，NID質量分數僅為0.2%(按其50%溶液計，下同)時，可將碳鋼掛片腐蝕率控制
在1.5 (In2·h)以下，緩蝕率達94%I,R上，比傳統上對鹽酸酸洗緩蝕劑所要求的[≤2.0 g/(m ·h)]還要低。而且，該咪唑啉衍生物常溫下可按任意比例溶于水或鹽酸中：在60℃并經5 h以上，溶于10%鹽酸溶液時不渾濁、無沉淀，而這是LAN一826所難以做到的。
2.2.2 常溫下碳鋼及銅掛片
采用質量分數9.6%的鹽酸溶液，每個試驗采用2個燒杯平行進行，每個燒杯內各掛入2個碳鋼及1個銅掛片，常溫下運行8 h。
酸性介質、常溫下，環烷基咪唑啉衍生物對碳鋼亦具有比LAN一826緩蝕劑更好的緩蝕效果，投加質量分數0.1%～0.2%時，其緩蝕率可達90%以上。同時，該藥劑對銅還具有一定的緩蝕效果。
2.2.3 常溫下鋁掛片
采用質量分數9.5%的鹽酸溶液，每個試驗采用2個燒杯平行進行，每個燒杯內掛入3片標準鋁掛片.常溫下運行6 h。
NID在酸性介質中對鋁掛片的緩蝕效果，明顯地優于LAN一826。當投加藥劑質量分數為0.1%～0.2%時，其對鋁掛片緩蝕率可高達99%以上。
鑒于NID在鹽酸酸性介質中具有上述優異高效的緩蝕效果，近年來，我們已成功地將其應用于湖南岳陽、長沙及衡陽等地數家賓館內空調系統(含碳鋼、
銅及鋁等金屬)的清洗，并獲得了用戶的好評環烷基咪唑啉衍生物屬于一種吸附膜型緩蝕劑。其在鹽酸酸性介質中的緩蝕作用，主要是基于咪唑啉環氮原子上孤對電子與金屬原子空軌道形成配位鍵[8-11].而環烷基則在金屬表面形成一層有效的覆蓋膜。這種較強的金屬與介質間的隔膜有效抑制了金屬腐蝕。另外，由于環烷基咪唑啉衍生物屬一種含氮化合物，其在Al一界面產生緩蝕作用時，還可
能為Al一界面的最高占據軌道與咪唑啉環中最低空軌道作用而產生化學吸附，使咪唑啉分子吸附在Al一界面上，把H+與Al一界面隔開?j。因此，環烷基咪唑啉衍生物屬于一種優異高效的鹽酸酸洗緩蝕劑。
