月桂酰胺丙胺氧化物对碳钢的酸相保护作用：通过ICP-AES、电化学方法、极端条件测试及原子级建模得到验证

《BMC Chemistry》：Acid-phase protection of carbon steel by lauramidopropyl amine oxide: evidenced by ICP-AES, electrochemical methods, severe-condition testing, and atomistic modeling

　　

摘要

通过结合实验和计算方法，评估了商业级月桂酰胺丙胺氧化物（LAO）在0.5 M HCl溶液中对碳钢的缓蚀性能。溶解金属的释放量通过ICP-AES进行量化，而电位动态极化（PDP）、电化学阻抗谱（EIS）和线性极化电阻（LPR）用于研究293 K下的界面电化学响应。LAO以浓度依赖的方式抑制了钢的溶解。根据ICP-AES的数据，抑制效率从50 ppm时的76.5%增加到600 ppm时的85.5%。电化学方法也显示出相同的趋势，在1200 ppm时，抑制效率分别达到95.0%、97.6%和97.5%。腐蚀电位的微小变化表明了混合类型的抑制作用，而电荷转移电阻的显著增加和双电层电容的减小则支持了吸附保护层的形成。将抑制剂浓度转换为摩尔活性LAO单位后，吸附分析符合朗缪尔型行为，计算得到的ΔG°_ads约为?37.9 kJ mol^?1，表明其具有自发且强烈的界面亲和力；然而非单位朗缪尔斜率表明吸附行为并不理想。在293至333 K之间的温度依赖性ICP-AES测量显示，腐蚀速率随温度升高而增加，但在150 ppm时仍能保持可测量的抑制效果。相比之下，在150°C的严苛气体加压旋转容器条件下，150 ppm LAO仅提供了27.9%的抑制效果，这表明室温下的有效性并不能直接应用于恶劣的工作环境。为了解释这种吸附倾向，对Fe（110）表面进行了密度泛函理论（B3LYP/6–31?+?G(d, p)）和蒙特卡罗模拟。计算得到的参数（EHOMO = ?8.12 eV, ELUMO = ?2.72 eV, ΔE = 5.40 eV, 偶极矩 = 5.1 D）表明了有利的界面反应性，而蒙特卡罗吸附能量（?175.27 kcal mol^?1）表明在理想化的铁表面上有强烈的吸附作用。综合这些数据，可以确定LAO是一种在常温条件下对碳钢有效的缓蚀剂，同时也揭示了其在高温旋转容器条件下的局限性。