环保型咪唑啉离子液体及其合成方法与复配工艺

本发明涉及石油化工材料缓蚀，特别是一种咪唑啉类功能化离子液体及其制备方法与复配工艺。

背景技术：

1、缓蚀剂可以显著缓解金属材料的腐蚀。使用缓蚀剂可以不改变腐蚀环境，不增加设备投资，而且缓蚀剂的缓蚀效果不受设备形状的影响，因此在各行业均被广泛应用，尤其是油田、炼化厂、化学清洗和机械等领域。据统计，国内外各油田使用的各种有机缓蚀剂中用量最大是咪唑啉类缓蚀剂，咪唑啉及其衍生物是一种含氮五元杂环化合物，咪唑啉缓蚀剂可在金属表面形成一层吸附膜，因为它具有n杂原子。

2、近年来，与传统缓蚀剂相比，离子液体既具有无机物的特性，又拥有有机物的特点，具有高溶解度，设计性，低毒性，高电导性，高热稳定性，较低的挥发性，几乎无蒸气压，热容高和化学稳定性好的优点，可以通过阴阳离子的适当组合、增加阴阳离子的官能团或增加链长调节其性质，可以克服传统缓蚀剂的一些缺点，更重要的是“绿色和可持续性”，未来在工业化生产上潜力很大，从长远发展来看，离子液体可以提高收率，降低总成本，是替代传统毒性腐蚀抑制剂的理想化合物。咪唑啉离子液体系缓蚀剂在当今酸性缓蚀剂研究领域已担当重要角色。同时，研究者们开始对具有环境友好性的缓蚀剂进行复配，通过协同作用让缓蚀剂发挥出更好的效果。因此缓蚀剂复配研究成为了当今缓蚀剂发展的趋势，对缓蚀剂进行复配从而得到性能优异的改性缓蚀剂是本领域一直渴望解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种咪唑啉类功能化离子液体，本发明提供的咪唑啉类离子液体形成的吸附膜可阻挡金属和酸液的接触，起到保护金属的作用，具有优良的缓蚀性能。

2、本发明的另一个目的在于提供一种咪唑啉类离子液体的合成方法。

3、本发明的再一个目的在于提供一种咪唑啉类离子液体的复配工艺，复配后，缓蚀性能显著提升，可以作为缓蚀剂有效阻隔酸性介质对金属材料基底的腐蚀。

4、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如：

5、一种咪唑啉离子液体，具有式i所示结构：

6、

7、式i中，r为c17h33-，x-为bf4-。

8、一种咪唑啉离子液体的制备方法，包括以下步骤：

9、s1:将三乙烯四胺、油酸为原料，同时在反应体系中加入有机携水剂二甲苯，反应分为两个部分：酰胺化反应和脱水环化反应，得到咪唑啉衍生物；

10、

11、s2:将咪唑啉衍生物为母体，通过与氯化苄发生取代反应，得到咪唑啉衍生物阳离子卤盐；

12、

13、s3:将所述的咪唑啉衍生物阳离子卤盐，与四氟硼酸钠进行离子交换反应，得到咪唑啉类功能化离子液体。

14、

15、优选地，所述步骤s1中，三乙烯四胺和油酸酰胺化反应的摩尔比为1:1.2，加入携水剂二甲苯的用量与三乙烯四胺和油酸的摩尔比为1：1.7。

16、优选地，所述步骤s1中，所述反应的温度为110℃～200℃，直至不再有水生成，时间为5.5-6.5h，减压蒸馏出携水剂。

17、优选地，所述步骤s2中，咪唑啉衍生物和氯化苄的摩尔比为1:1.3，氯化苄在氮气保护下加入，然后加入丙酮作为反应溶剂，丙酮加入量与咪唑啉衍生物和氯化苄的体积比为10:1。

18、优选地，所述步骤s2中，所述反应温度为，120℃下磁力搅拌回流反应1-10h，蒸馏除溶液丙酮，经放置溶液颜色加深并逐渐凝固成固体，干燥5h得到乳白色固体即咪唑啉衍生物阳离子卤盐。

19、优选地，所述步骤s3中，咪唑啉衍生物阳离子卤盐溶于乙腈溶液中，乙腈加入量与咪唑啉衍生物阳离子卤盐的体积比为20:1，加入四氟硼酸钠发生离子交换反应，咪唑啉衍生物阳离子卤盐与四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.2，所述反应条件为室温下搅拌20～60h，反应结束后抽滤除去生成的白色固体氯化钠，用乙醚清洗三次，至液体澄清，进行减压蒸馏除去乙醚和乙腈，然后置于70℃干燥箱中干燥2～8h，得到白色粘稠液体即为咪唑类功能化离子液体。

20、一种咪唑啉类离子液体的复配工艺，复配体系由下列原料按质量百分比为复配而成：咪唑啉离子液体：ki：na3po4＝85％：5％：15％。

21、优选地，将上述复配体系混合溶液置于30～50℃恒温水浴锅中，加热搅拌20min～60min。

22、本发明的优点效果如下：

23、本发明将咪唑啉衍生物为母体，通过与苯并苄发生取代反应，得到咪唑啉衍生物阳离子卤盐。将所述的咪唑啉衍生物阳离子卤盐，与四氟硼酸钠进行离子交换反应，得到咪唑啉类功能化离子液体。在本发明中，所述二乙烯三胺和月桂酸酰胺化反应的摩尔比优选为1:1.2。本发明提供的咪唑啉类离子液体具有优良的缓蚀性能，可以作为金属材料在盐酸等酸性介质中的缓蚀剂，具体的其分子结构中存在易于提供电子的共轭体系和电负性较高的原子，能够提供活性电子同金属表面发生化学吸附，该缓蚀剂为功能性离子液体，分子中含有非极性的烃基和极性氨基，亲油性长链烃基使油溶性增强，易溶于油中。极性氨基原子上有未成键的孤对电子，可与金属形成配位键，在金属表面形成化学吸附，形成分子吸附被膜。缓蚀剂分子的极性基团吸附于金属表面，非极性长链烃基处于垂直于金属表面的“林立”状，形成覆盖金属表面的分子吸附保护膜，有效地阻隔了酸性介质对金属的腐蚀，从而起到缓蚀效果。本发明根据合成的咪唑啉离子液体中含有大分子疏水基团，这些大分子在起到缓蚀作用时会存在分子间的空隙，导致金属表面吸附膜没有被完全覆盖，存在缓蚀盲区，因此加入na3po4小分子缓蚀剂，填补空隙。同时ki中卤素负离子会在金属表面发生吸附，会使金属表面带有负电荷，当溶液中带正电荷的咪唑阳离子与金属表面接触时，通过静电使得缓蚀剂阳离子在金属表面完成吸附，提高缓蚀剂的缓蚀性能。

技术特征：

1.一种咪唑啉离子液体，其特征在于具有式i所示结构：

2.一种如权利要求1所述的咪唑啉离子液体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的咪唑啉离子液体的制备方法，其特征在于所述步骤s1中，三乙烯四胺和油酸酰胺化反应的摩尔比为1:1.2，加入携水剂二甲苯的用量与三乙烯四胺和油酸的摩尔比为1：1.7。

4.根据权利要求2所述的咪唑啉离子液体的制备方法，其特征在于所述步骤s1中，所述反应的温度为110℃～200℃，直至不再有水生成，时间为5.5-6.5h，减压蒸馏出携水剂。

5.根据权利要求2所述的咪唑啉离子液体的制备方法，其特征在于所述步骤s2中，咪唑啉衍生物和氯化苄的摩尔比为1:1.3，氯化苄在氮气保护下加入，然后加入丙酮作为反应溶剂，丙酮加入量与咪唑啉衍生物和氯化苄的体积比为10:1。

6.根据权利要求2所述的咪唑啉离子液体的制备方法，其特征在于所述步骤s2中，所述反应温度为，120℃下磁力搅拌回流反应1-10h，蒸馏除溶液丙酮，经放置溶液颜色加深并逐渐凝固成固体，干燥5h得到乳白色固体即咪唑啉衍生物阳离子卤盐。

7.根据权利要求2所述的咪唑啉离子液体的制备方法，其特征在于所述步骤s3中，咪唑啉衍生物阳离子卤盐溶于乙腈溶液中，乙腈加入量与咪唑啉衍生物阳离子卤盐的体积比为20:1，加入四氟硼酸钠发生离子交换反应，咪唑啉衍生物阳离子卤盐与四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.2，所述反应条件为室温下搅拌20～60h，反应结束后抽滤除去生成的白色固体氯化钠，用乙醚清洗三次，至液体澄清，进行减压蒸馏除去乙醚和乙腈，然后置于70℃干燥箱中干燥2～8h，得到白色粘稠液体即为咪唑类功能化离子液体。

8.一种如权利要求1所述的咪唑啉离子液体的复配工艺，其特征在于复配体系由下列原料按质量百分比为复配而成：咪唑啉离子液体：ki：na3po4＝85％：5％：15％。

9.根据权利要求8所述的咪唑啉离子液体的复配工艺，其特征在于复配工艺的步骤为：将上述复配体系混合溶液置于30～50℃恒温水浴锅中，加热搅拌20min～60min。

技术总结
本发明提供了一种环保型咪唑啉离子液体及其合成方法与复配工艺，本发明提供的咪唑啉类功能化离子液体通过三乙烯四胺与不同结构脂肪酸物质发生酰胺化、环化反应生成碳原子数不同的咪唑啉衍生物，引入活性基团‑O，吸附金属效果极大增强，缓蚀性能明显提升。咪唑啉衍生物与不同阴离子通过离子交换反应，生成离子液体，将离子液体与KI、Na<subgt;3</subgt;PO<subgt;4</subgt;进行复配，复配协同缓蚀效果优于单一缓蚀效果。所述的咪唑啉类离子液体具有优良的缓蚀性能，能有效阻止酸性条件下对金属材料的腐蚀。改性后的缓蚀剂大大增强缓蚀效果，具有经济性、环保型强，易于工业化生成的优点。

技术研发人员：张静玉,陈红,苑蕾,矫继峰,潘懿,郭靖
受保护的技术使用者：营口理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12