在油气田开采过程中,腐蚀始终是困扰油气行业发展的一个极为突出的问题。缓蚀剂因其具有经济、高效、适应性强等优点而广泛应用于石油天然气开发领域。而咪唑啉缓蚀剂因具有低毒、高效、环保等特点,被广泛用于油田酸化缓蚀剂,研究开发更加高效、环保的咪唑啉类缓蚀剂是当前研究热点。本文从对称双咪唑啉缓蚀剂出发点,考察不同疏水链长、增加吸附基团、不同溶解性对缓蚀剂缓蚀效率的影响为目的,用实验室评价与量子化学计算相结合的方法进行研究,合成了疏水链长为7、9、11、13的对称双咪唑啉及其苄基季铵盐缓蚀剂并用红外光谱和核磁共振氢谱对其结构进行了表征。通过静态挂片法、电化学测试、SEM等实验室评价和量子化学计算等方法对其性能进行了测试,发现理论计算得到的结果和实验室评价结果相一致,所得到的研究成果如下:(1)以正辛酸、正葵酸、正十二烷酸、正十四烷酸与四乙烯五胺、氯化苄为原料,成功的合成疏水链长为7、9、11、13的对称双咪唑啉及其季铵盐缓蚀剂。合成条件为:第一步反应(对称双咪唑啉合成):脂肪酸与多胺摩尔比为1:0.6,反应温度为240℃,反应时间8 h;第二步反应(季铵化):对称双咪唑啉与氯化苄摩尔比为1:2.5,反应温度为100℃,反应时间4 h。通过溶解性测试可知,用氯化苄季铵化后缓蚀剂的溶解性明显增强。(2)随着疏水链长的增加,对称双咪唑啉及其季铵盐缓蚀剂的全局反应活性增加,缓蚀效率增强,当疏水链长大于9时,疏水链长对全局反应活性及缓蚀效率影响不大。60℃下,在1 mol/L的HCl溶液中,随缓蚀剂浓度的增加,缓蚀效率增大,最大缓蚀效率达98%,且缓蚀剂达到最优缓蚀效率时的浓度均在15 mg/L左右,当缓蚀剂浓度大于15 mg/L时,缓蚀效率不再明显升高。(3)当加入氯化苄对不同链长的对称双咪唑啉季铵化后,缓蚀剂的全局反应活性及缓蚀效率较未季铵化有明显升高,缓蚀效率也随浓度的增加而增加,最大缓蚀效率较未季铵化的对称双咪唑啉有所增加,达到同等缓蚀效率所需的缓蚀剂剂量减小(吸附效率增强),当疏水链长大于9后,季铵化后的对称双咪唑啉与未季铵化的对称双咪唑啉的全局反应活性和缓蚀效率差异逐渐减小。(4)对称双咪唑啉及其苄基季铵盐缓蚀剂均属于混合型缓蚀剂,在1 mol/L的HCl溶液中,缓蚀剂能在钢片表面快速的形成致密、稳固的缓蚀剂膜,能够有效地阻隔钢片与腐蚀介质的接触,对阳极溶解和阴极析氢都起到很强的抑制作用。(5)经过吸附模型拟合及吸附热力学计算结果得出,对称双咪唑啉及其苄基季按盐在1 mol/L的HCl溶液中在钢片表面的吸附符合Langmuir吸附等温式,其吸附过程是自发进行的,且吸附类型是通过电荷共享或者转移形成共价键为主的化学吸附。