《Applied Surface Science》：Experimental, theoretical and computational insights into a novel amide derivative as an eco–friendly corrosion inhibitor for carbon steel in acidic media
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•TDP可以作为碳钢的新型高效防腐剂。•在298～313 K的温度下，TDP的抑制效率可保持在93%以上。•TDP在碳钢表面形成疏水保护膜。引言由于碳钢成本低廉且具有良好的机械性能[1]，[2]，它被广泛应用于石油开采、化工设备、管道运输和机械制造等领域。在石油生产过程中，强酸性
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TDP可以作为碳钢的新型高效防腐剂。
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在298～313 K的温度下，TDP的抑制效率可保持在93%以上。
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TDP在碳钢表面形成疏水保护膜。
引言
由于碳钢成本低廉且具有良好的机械性能[1]，[2]，它被广泛应用于石油开采、化工设备、管道运输和机械制造等领域。在石油生产过程中，强酸性溶液（如HCl）被用作井酸化处理、设备酸除垢和管道酸清洗的关键试剂。这些溶液主要用于清除井筒堵塞物、消除金属表面的结垢和各种无机污染物，以确保生产设施和输送管道的正常运行[3]。然而，碳钢在这种强酸性介质中容易受到严重的电化学腐蚀，这不仅会减薄设备壁厚，大大缩短使用寿命，还可能引发泄漏和设备失效等安全风险，从而造成巨大的经济损失和生产安全隐患。因此，有效抑制碳钢在酸性环境中的腐蚀已成为确保工业设备稳定运行的核心技术挑战。在各种金属防腐技术中，防腐剂方法因其低用量、操作简便、适应性强和抑制效率高而脱颖而出。无需 modify 设备结构或生产流程，防腐剂即可在金属表面形成稳定的保护膜，并有效将基材与腐蚀性介质隔离开来。因此，这种方法代表了减轻碳钢酸腐蚀最具经济性、有效性和广泛应用的主流策略[4]。添加高效环保的防腐剂可以显著降低碳钢的腐蚀速率，提高设备在恶劣酸性工作条件下的耐用性和安全性，为石油化工及相关行业的绿色高效生产提供关键的技术支持。
大多数有机防腐剂主要通过吸附在金属表面形成保护膜来发挥作用，这些保护膜能够阻止腐蚀性物质的侵入或阻碍电子传递过程，从而保护金属免受腐蚀。随着社会对环保高效防腐剂需求的增加，相关研究也日益受到关注。基于酰胺的防腐剂因其低毒性和生物降解性而受到广泛欢迎。这类防腐剂通常含有酰胺基团（CONR2）以及氧原子、氮原子和苯环。这些基团具有较高的电子云密度，能够提供孤对电子。在2 g/L的浓度下，单酰胺衍生物PAMAAS[5]在1 M HCl溶液中对低碳钢的抑制效率达到了92.56%。当苯胺6C–9C[6]的浓度达到200 mg/L时，其在1 M H2SO4溶液中对低碳钢的抑制效率约为75%。尽管单酰胺衍生物具有这些优异性能，但在芳香酰胺框架中增加氮杂环和酰胺羰基的数量可以显著提升其防腐效果[4]，[7]，[8]。然而，含有苯环和氮杂环的二酰胺类有机防腐剂的设计、合成及其防腐机制研究仍相对匮乏。
为了合成环保、高效且低成本的防腐剂，本研究旨在设计含有苯环和氮杂环的环保型有机双酰胺防腐剂，并进一步阐明其防腐机制。通过使用L-脯氨酸和对苯二甲醛通过亲核取代反应，合成了不含磷、硫等有害元素的环保芳香双酰胺衍生物防腐剂——对苯二甲酸二脯氨酸（TDP）。该分子结构含有丰富的活性位点，包括两个对称的酰胺基团、两个羧基和一个苯环，所有这些部位都拥有丰富的孤对电子。为了系统研究TDP的防腐效果，进行了重量损失测量、电化学测试、表面表征和理论计算。由此提出了一种合理的防腐机制，以解释含苯环双酰胺基团的分子在酸性介质中对碳钢腐蚀的抑制作用。本研究提供了一种简便的滴加合成路线来制备双酰胺防腐剂。TDP可用于石油、化工及其他工业和保护领域的金属酸洗过程中，以防止碳钢受到酸腐蚀，从而促进可持续发展。
章节摘录
材料
盐酸、无水乙醇、L-脯氨酸和对苯二甲醛购自中国上海医药试剂股份有限公司。去离子水使用中国产的WP-UP-1820净水器制备[9]。碳钢（成分：0.17 wt% C、0.53 wt% Mn、0.28 wt% Si、0.02 wt% P/S，余量为Fe），尺寸为3.14 cm2×10 mm，由山东扬鑫科技有限公司提供。FTIR光谱测量在4000～4000 cm?1的波长范围内进行
TDP的合成过程
TDP的化学反应示意图见图1，其合成路线如图1a所示。首先，将2.50 g（0.02 mol）L-脯氨酸、0.40 g（0.01 mol）氢氧化钠和50 mL无水乙醇加入250 mL三颈烧瓶中，在310 K下搅拌至均匀。随后，逐滴加入1.50 g（0.01 mol）溶解在100 mL无水乙醇中的对苯二甲醛。反应混合物搅拌8小时后，未观察到明显变化
结论
对苯二甲酸二脯氨酸（TDP）被证明是HCl溶液中碳钢的高效环保防腐剂。可得出以下结论：
(1)电化学测试显示，TDP表现出出色的抗腐蚀性能。其抑制效果随用量增加而逐渐增强，表现为混合吸附类型，同时减缓了阴极和阳极的反应速率。TDP实现了卓越的防腐效果
CRediT作者贡献声明
陈李茂：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，验证，方法学研究，实验研究。李双健：撰写 – 审稿与编辑，监督，实验研究。王保力：方法学研究，概念构思。李如涵：撰写 – 审稿与编辑，实验研究。郭兴鹏：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究，概念构思。廖博凯：撰写 – 审稿与编辑，监督，实验研究。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢广州大学的分析与测试中心提供的技术支持，以及以下机构对该研究的财务支持：国家自然科学基金（资助编号：52001080），广东省基础与应用基础研究基金（资助编号：2024A1515010905）。
陈李茂|李双健|王保力|李如涵|郭兴鹏|廖博凯
