苯基二甲基十八烷基氯化铵作为高效阳离子表面活性剂抑制剂在二氯乙酸溶液中抑制钢腐蚀的机理研究

推荐：研究人员针对金属在酸性介质中的腐蚀问题，开展了苯基二甲基十八烷基氯化铵（BDMSAC）作为阳离子表面活性剂抑制剂的研究。通过电化学测试、表面分析和理论计算，发现BDMSAC在Cl2CHCOOH溶液中能形成高效保护膜，抑制效率达93.62%。该研究为设计低成本、高性能的酸性环境腐蚀抑制剂提供了理论依据。

　　

金属腐蚀是全球工业面临的重大挑战，每年造成高达700亿美元的经济损失，而现有防护技术仅能缓解14%的损失。尤其在酸性环境中，二氯乙酸（Cl₂CHCOOH）因其强腐蚀性，对金属设备和管道造成严重破坏。传统防护方法如涂层和缓蚀剂虽有效，但存在成本高或环境毒性等问题。因此，开发高效、环保的腐蚀抑制剂成为迫切需求。

针对这一难题，国内攀枝花有限公司的研究团队聚焦阳离子表面活性剂苯基二甲基十八烷基氯化铵（BDMSAC），系统研究了其在Cl₂CHCOOH溶液中对冷轧钢（CRS）的腐蚀抑制性能与机理。研究发现，BDMSAC通过独特的吸附机制形成保护膜，最大抑制效率达93.62%，相关成果发表于《Results in Engineering》。

研究采用失重法、电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化（PDP）评估抑制性能；结合X射线光电子能谱（XPS）和飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）解析表面化学组成；通过量子化学（QC）计算和分子动力学（MD）模拟阐明吸附活性位点。

3.1 失重法

在40°C、10 mg L^-1 BDMSAC条件下，抑制效率达93.62%。临界胶束浓度（CMC）为3 mg L^-1，超过CMC后通过多层吸附形成致密保护层。

3.2 吸附等温线

BDMSAC符合Langmuir吸附模型，ΔG⁰为-38.5至-39.7 kJ mol^-1，表明其通过物理-化学混合吸附机制作用。

3.5 电化学测试

EIS显示BDMSAC使电荷转移电阻（R_p）从309.3 Ω cm²提升至1744.6 Ω cm²；PDP证实其通过"几何阻挡效应"同时抑制阴阳极反应。

3.7 表面分析

XPS检测到Fe-N键（399.45 eV）和质子化N⁺（401.8 eV）；ToF-SIMS捕获特征片段C₂₇H₅₀N⁺（m/z 388.39），直接证实BDMSAC吸附。

3.9 理论计算

QC显示BDMSAC的HOMO（-6.418 eV）和LUMO（-1.668 eV）能隙为4.75 eV，苯环和N原子为关键活性位点；MD模拟揭示其平行吸附构型使结合能达-423 kJ mol^-1。

3.11 抑制机制

BDMSAC通过三重作用抑制腐蚀：（1）质子化N⁺静电吸附；（2）苯环π电子与Fe 3d轨道配位；（3）C₁₈烷基链形成疏水屏障。分子膜使自由体积分数（FFV）从17.35%降至7.45%，显著阻碍腐蚀粒子扩散。

该研究不仅阐明了BDMSAC的高效抑制机理，更为设计适用于强酸环境的新型缓蚀剂提供了分子模板。其低用量（<10 mg L^-1）、高稳定性（72小时效率>80%）的特点，在工业酸洗、油气管道防护等领域具有重要应用前景。