海水是一种导电性能良好的电解质溶液,金属材料在海洋环境中必然会由于发生一系列的化学和电化学反应而劣化腐蚀破坏。缓蚀剂在保护资源、减少金属材料腐蚀损失方面大有作为,合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金发生腐蚀的一种有效方法。本文对天然含氮有机化合物壳聚糖进行羧甲基化和磷酸酯化改性,得到两种缓蚀剂,通过失重实验、电化学实验和量子化学计算的方法研究了羧甲基壳聚糖和壳聚糖磷酸酯在天然海水中对碳钢和紫铜的缓蚀性能和缓蚀机理。对羧甲基壳聚糖在海水介质中的缓蚀性能研究发现,随着浓度的增加羧甲基壳聚糖对碳钢的缓蚀率提高;对紫铜缓蚀率随浓度增加先升高,当浓度超过400mg/L时对紫铜的缓蚀率变化不大;在高温下对碳钢的缓蚀率随浓度的增加而升高,在低浓度高温下的缓蚀效果比低温下好;在高浓度羧甲基壳聚糖溶液中对碳钢预膜后,整体缓蚀率比对未预膜的提高。对羧甲基壳聚糖与其他添加组分的协同缓蚀效应研究发现,常温下羧甲基壳聚糖与铬酸钠复配能起到很好的协同作用;与葡萄糖酸钙在常温和40℃下都不适宜进行复配使用;与硫酸锌在40℃有较好的协同作用,而在60℃下协同缓蚀作用不明显,有较多的絮凝沉淀物生成;与海藻酸钠在60℃下协同缓蚀效果不好;在常温和60℃下,与钼酸铵能够发生螯合作用,协同缓蚀作用不明显,不适合复配。对壳聚糖磷酸酯在海水介质中的缓蚀性能研究发现,壳聚糖磷酸酯对碳钢和紫铜的缓蚀率都在300mg/L时达到最大;对碳钢的缓蚀率随温度的升高先升高,超过50℃时缓蚀率降低;对已腐蚀碳钢、在干湿交替条件下碳钢都有很好的腐蚀抑制作用,对无氧海水条件下的碳钢的缓蚀作用不受溶解氧的影响;对碳钢的缓蚀率随着浸泡时间的延长而升高,最高可达96.23%,壳聚糖磷酸酯能够在较长时间内保持高效。通过电化学极化和交流阻抗谱测试研究发现,碳钢和紫铜在添加羧甲基壳聚糖与壳聚糖磷酸酯海水中的自腐蚀电位都发生移动,缓蚀剂分子吸附在金属表面上,使得电荷转移阻抗值变大,双电层电容降低;在海水介质中壳聚糖磷酸酯为抑制阴极型缓蚀剂,羧甲基壳聚糖为能同时抑制阴阳极但以抑制阴极过程为主的混合型缓蚀剂。量子化学计算得出了羧甲基壳聚糖和壳聚糖磷酸酯的最优化结构和前线轨道。糖苷环供电子能力很强,环上-OH及-NH2含有孤对电子的元素或基团可直接与金属元素上的空轨道形成配位键,成为活性吸附的中心,在-OH及-NH2发生吸附的基础上与金属的空d轨道形成螯合键,特别是与Fe2+和Fe3+发生螯合作用。壳聚糖磷酸酯分子中含有电负性更高的P原子,与金属原子或Fe2+和Fe3+发生螯合作用更强,因而具有更高缓蚀效率。