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Fe3O4/导电高分子复合材料的合成与防腐防蜡性能

2020-12-15阅读(926)

Fe3O4/导电高分子复合材料的合成与防腐防蜡性能

论文摘要

管道腐蚀和结蜡是长期以来制约油气管道集输安全性和输送效率的两个重要因素。管道发生腐蚀破坏,轻则造成原油泄漏,重则引发爆炸等安全事故；而因管道结蜡,在集输过程中需要定期进行清蜡作业,严重影响管道输送效率的提高,能否将二者结合,制备一种兼具防腐和防蜡性能的多功能管道内涂层材料?本文作了大胆的探索,制备了Fe304/导电高分子复合材料,将其加入到醇酸树脂清漆中,得到一种复合涂层,并考察了这种复合涂层的防腐和防蜡性能,证明这种复合涂层用于管道内涂层具有可行性。具体研究工作包括：（1）以FeCl3和FeSO4为铁源,以NH3-H20和N2H4·H20为沉淀剂体系,通过共沉淀法合成了Fe304,确定最佳合成条件为Fe3+：Fe2+=1.75：1,反应温度70℃。XRD和FT-IR分析表明产物纯净,具有典型的反尖晶石结构,晶粒尺寸10nm左右,振动样品磁强计（VSM）分析表明其单位质量的饱和磁场强度为61.143emu/g。对Fe304进行了表明修饰研究,结果表明十二烷基苯磺酸钠（SDBS）具有良好的修饰效果,修饰后的Fe3O4水溶液均匀分散不分层,激光粒度仪分析表明SDBS对Fe304的粒径有显著的调控作用,结合红外和Zeta电位分析,认为这是因为SDBS与Fe304形成了O—0共价键作用。（2）在已合成Fe304的基础上制备了Fe3O4/PTH （PTH,聚噻吩）复合材料,并对其进行了Raman, FT-IR, EDS, TEM, Zeta和TG-SDTA分析,结果表明噻吩单体在Fe304表面成功聚合成聚噻吩,得到的复合材料具有明显的核壳结构,核相为Fe3O4,粒径约为14nm；壳相为PTH,厚度约为3～4nm。将Fe3O4/PTH复合材料加入到醇酸树脂清漆中得到复合涂层,加速腐蚀实验和静态防蜡实验结果表明当Fe304/PTH复合材料的质量百分量在0.8-1%时,涂层兼有良好的防腐和防蜡性能,附着力和漆膜冲击力测试结果表明Fe304/PTH复合材料的加入对涂层附着力没有影响,抗冲击强度稍有降低。（3）为提高防蜡性能,对Fe304进行了Ni掺杂研究,制备了Ni doped Fe3O4/PTH复合材料,XPS分析表明在该复合材料中Ni元素的掺杂量为0.8%,VSM分析表明该复合材料的单位质量饱和磁场强度为73.456emu/g,较未掺杂的纯Fe304提高了20.14%。将固体石蜡溶解在液体石蜡中模拟原油结蜡过程,设计了模拟结蜡试验,用旋转黏度计测定了20%固体石蜡的液体石蜡溶液的析蜡点为40℃。在析蜡点温度,将涂有涂层的试片放入其中,反复测定其增重量,结果表明清漆涂层的平均增重量为0.0891g,加入了Fe304复合涂层的平均增重量为0.0803g,加入了Ni doped Fe3O4/PTH的复合涂层的平均增重量为0.0743g,增重量即试片表面的石蜡附着量,由此判断加入了Ni dopedFe3O4/PTH的复合涂层表面石蜡附着量最小,具有最佳的防蜡效果。（4）为验证Ni doped Fe3O4/PTH复合材料防腐蚀的有效性,选择与目前已经市场化应用的防腐蚀材料聚苯胺（PANI）进行对比,制备了Ni doped Fe3O4/PANI复合材料,电化学阻抗（EIS）测试结果表明Ni doped Fe3O4/PTH复合材料的防腐蚀性能与Ni doped Fe3O4/PANI复合材料相当。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 导电高分子防腐涂层研究与应用进展
  • 1.1.1 原油管道腐蚀与防护
  • 1.1.2 导电高分子的发现与应用
  • 1.1.3 导电高分子在防腐涂层中的应用
  • 1.2 磁防蜡技术研究与应用进展
  • 1.2.1 原油结蜡与清防蜡
  • 1.2.2 磁防蜡技术的发现与应用
  • 1.2.3 磁防蜡机理研究
  • 1.3 管道内涂层研究与应用进展
  • 1.4 本文的工作
  • 3O4的共沉淀法合成与表面修饰'>第2章 Fe3O4的共沉淀法合成与表面修饰
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 试剂与仪器
  • 2.2.2 测试与表征
  • 3O4的共沉淀法合成'>2.2.3 Fe3O4的共沉淀法合成
  • 3O4的表面修饰'>2.2.4 Fe3O4的表面修饰
  • 2.3 结果与讨论
  • 3O4合成条件选择'>2.3.1 Fe3O4合成条件选择
  • 3O4的FT-IR分析'>2.3.4 Fe3O4的FT-IR分析
  • 3O4的VSM分析'>2.3.5 Fe3O4的VSM分析
  • 3O4的表面修饰'>2.3.6 Fe3O4的表面修饰
  • 2.4 本章小结
  • 3O4/PTH复合材料合成及防腐防蜡性能'>第3章 Fe3O4/PTH复合材料合成及防腐防蜡性能
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 试剂与仪器
  • 3.2.2 测试与表征
  • 3O4/PTH的制备'>3.2.3 Fe3O4/PTH的制备
  • 3.2.4 复合涂层的制备与性能实验
  • 3.3 结果与讨论
  • 3O4/PTH的Raman分析'>3.3.1 Fe3O4/PTH的Raman分析
  • 3O4/PTH的FT-IR分析'>3.3.2 Fe3O4/PTH的FT-IR分析
  • 3O4/PTH的EDS分析'>3.3.3 Fe3O4/PTH的EDS分析
  • 3O4/PTH的XRD分析'>3.3.4 Fe3O4/PTH的XRD分析
  • 3O4/PTH的TEM分析'>3.3.5 Fe3O4/PTH的TEM分析
  • 3O4/PTH的Zeta电位分析'>3.3.6 Fe3O4/PTH的Zeta电位分析
  • 3O4/PTH的TG-SDTA分析'>3.3.7 Fe3O4/PTH的TG-SDTA分析
  • 3O4/PTH的防腐蚀性能'>3.3.8 Fe3O4/PTH的防腐蚀性能
  • 3O4/PTH的防蜡性能'>3.3.9 Fe3O4/PTH的防蜡性能
  • 3.3.10 复合涂层的力学性能
  • 3.4 本章小结
  • 3O4/PTH复合材料合成及防蜡性能'>第4章 Ni doped Fe3O4/PTH复合材料合成及防蜡性能
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 试剂与仪器
  • 4.2.2 测试与表征
  • 3O4/PTH的制备'>4.2.3 Ni doped Fe3O4/PTH的制备
  • 4.2.4 析蜡点测试
  • 4.2.5 模拟结蜡实验
  • 4.3 结果与讨论
  • 3O4/PTH的XRD分析'>4.3.1 Ni doped Fe3O4/PTH的XRD分析
  • 3O4/PTH的XPS分析'>4.3.2 Ni doped Fe3O4/PTH的XPS分析
  • 3O4/PTH的VSM分析'>4.3.3 Ni doped Fe3O4/PTH的VSM分析
  • 4.3.4 模拟结蜡系统的析蜡点
  • 3O4/PTH的防蜡性能'>4.3.5 Ni doped Fe3O4/PTH的防蜡性能
  • 4.4 本章小结
  • 3O4/PANI复合材料合成及防腐性能'>第5章 Ni doped Fe3O4/PANI复合材料合成及防腐性能
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 试剂与仪器
  • 5.2.2 测试与表征
  • 3O4/PANI的制备'>5.2.3 Ni doped Fe3O4/PANI的制备
  • 5.2.4 电化学阻抗测量试样制备
  • 5.3 结果与讨论
  • 3O4/PANI的FT-IR分析'>5.3.1 Ni doped Fe3O4/PANI的FT-IR分析
  • 3O4/PANI的EIS分析'>5.3.2 Ni doped Fe3O4/PANI的EIS分析
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 缩写词
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

    • 相关论文文献

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