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低碳钢作为一种重要的基础金属材料因其易于加工、成本低廉等优点，广泛应用在工业及建筑业领域。如何降低工业加工中低碳钢预处理损耗一直是研究的热点。添加缓蚀剂作为减少低碳钢酸洗过程中腐蚀损耗的一种有效手段而一直受到业界青睐。目前,已大量研究集中在咪唑、三氮唑、噻唑等杂环化合物缓蚀剂上。因其这些物质含有较强吸附能力的杂环π电子和杂原子孤对电子，从而能够在金属表面形成保护层，得到较高的缓蚀效率。吲唑类化合物同样具有以上结构特征，但迄今尚未有研究者对其缓蚀表现和缓蚀机理进行系统研究。同时，目前大多数理论研究建立在缓蚀剂分子在测试溶液中以原始形态存在的假设之上，未考虑其在测试溶液中真实存在形态对缓蚀效率的影响。
本文通过失重实验、电化学测试等测试方法探究了2-(2-羟基苯)苯并噻唑在酸性介质中对低碳钢的缓蚀作用，以pKa为判据预测其在溶液中以质子化形态存在，并通过理论研究进行证实；依照此结论，以分子的真实存在形态为对象进行理论研究，分析了不同取代基对吲唑类衍生物在金属表面吸附行为的影响机制；对比了以质子化形态和以原始形态存在的缓蚀剂与卤素离子协同作用的影响机理。本文主要工作和结论如下：
(1)研究了2-(2-羟基苯)苯并噻唑(HBT)在1MHCl溶液中对低碳钢的缓蚀作用。结果表明，HBT作为混合型缓蚀剂，能够高效地吸附在金属表面，同时随着HBT浓度的增加缓蚀效率逐渐提高。当HBT浓度为0.07mM时，缓蚀效率达到95%。理论研究结果表明，HBT在HCl溶液中会以HBT的质子化形态(HBT-H+)平行吸附在金属表面，形成HBT-H+保护膜。
(2)研究了吲唑(IA)在0.5MH2SO4溶液中对低碳钢的缓蚀作用，探讨了两种卤素取代基(Br、I)对吲唑在相同溶液中缓蚀作用的影响。实验测试结果表明，吲唑(IA)为混合型缓蚀剂，其吸附行为符合Langmuir等温吸附模型，浓度为4mM时，缓蚀效率达到89.5%。两种卤素基吲唑(BIA、IIA)也均为混合型缓蚀剂，吸附行为符合Langmuir等温吸附模型，二者缓蚀效率高于吲唑(浓度为0.8mM时，分别为91.9%和98.1%)。理论研究结果表明，三种缓蚀剂分子都以质子化形态IA-H+、BIA-H+和IIA-H+存在于测试溶液中；由于Br、I吸电子基的存在，造成苯环上电子云密度增强，使BIA和IIA缓蚀性能增强。此外，基于理论计算建立了三种缓蚀剂分子的量子化学参数与缓蚀效率之间的关联关系。
(3)研究了两种含氮取代基(-NO2和-NH2)对吲唑在1MHCl和0.5MH2SO4溶液中对低碳钢的缓蚀作用的影响机理。结果表明，在测试的两种酸性介质中5-硝基-吲唑(NIA)和5-氨基-吲唑(AIA)均为混合型缓蚀剂，缓蚀效率高于同浓度下的吲唑缓蚀剂(当浓度为2mM时，缓蚀效率分别为76.8%和80.5%)。理论研究结果表明，由NIA和AIA的原始形态取得的量化参数和吸附能参数与实验结果不一致，以其质子化形态(NIA-H+和AIA-2H+)取得的量化参数和吸附能参数与实验结果一致性良好，证明了pKa预测缓蚀剂分子存在形式的可靠性。研究同时发现，由于硝基的强吸电子能力，使得电子云会偏向硝基，反而造成苯环上电子云密度减少,致使NIA缓蚀性能不及AIA。同时，理论研究表明NIA-H+和AIA-2H+在金属表面的吸附构型均为平行吸附。
(4)研究了两种羰基取代基(-CO-H、-CO-OH)对吲唑在0.5MH2SO4溶液中对低碳钢缓蚀作用的影响机理。实验测试结果表明：3-甲醛-吲唑(3-CIA)和3-甲酸-吲唑(3-CAIA)均为混合型缓蚀剂，缓蚀效率均低于吲唑(4mM时，＜80%)，缓蚀效率大小顺序为3-CAIA＞3-CIA。理论研究结果表明，醛基和羧基均为吸电子基团，其在三号位上的取代，使得分子前线轨道偏向五元环，从而引起前线轨道能量参数发生变化，是造成二者缓蚀效率较低的原因。此外，研究发现，缓蚀剂分子在金属表面的吸附构型的差异，对缓蚀效率有较大影响。
(5)研究了卤素离子(Cl-、Br-、I-)对吲唑(IA)在0.5MH2SO4溶液中对低碳钢缓蚀作用的影响，并比较了相同条件下吲唑(IA)与吲哚(IO)缓蚀性能的差异。实验测试结果表明，测试的三种卤素离子均能与IA和IO起到协同缓蚀作用，协同能力大小顺序同为I-＞Br-＞Cl-。与Cl-和Br-协同作用时，IO的缓蚀效率低于IA；与I-协同时，IO的缓蚀效率高于IA。理论研究结果表明，IO和IA分别以IO和IA-H+的形态存在于测试溶液中。研究同样证明，IO和IA-H+在含卤素离子的金属表面的吸附构型的差异，是造成二者缓蚀性能差异的主要原因。
通过以上研究表明，缓蚀剂分子在测试溶液中的存在形态对其缓蚀性能具有重要影响，其中以pKa预测的存在形态所揭示的理论参数与缓蚀效率一致性关系良好。通过对不同取代基、不同取代位置的吲唑衍生物的研究表明，缓蚀剂分子的电子云分布和量化参数是缓蚀剂性能的重要指标。缓蚀剂分子吸附在金属表面时，吸附构型对缓蚀效率的影响高于量化参数和吸附能参数。
本文通过失重实验、电化学测试等测试方法探究了2-(2-羟基苯)苯并噻唑在酸性介质中对低碳钢的缓蚀作用，以pKa为判据预测其在溶液中以质子化形态存在，并通过理论研究进行证实；依照此结论，以分子的真实存在形态为对象进行理论研究，分析了不同取代基对吲唑类衍生物在金属表面吸附行为的影响机制；对比了以质子化形态和以原始形态存在的缓蚀剂与卤素离子协同作用的影响机理。本文主要工作和结论如下：
(1)研究了2-(2-羟基苯)苯并噻唑(HBT)在1MHCl溶液中对低碳钢的缓蚀作用。结果表明，HBT作为混合型缓蚀剂，能够高效地吸附在金属表面，同时随着HBT浓度的增加缓蚀效率逐渐提高。当HBT浓度为0.07mM时，缓蚀效率达到95%。理论研究结果表明，HBT在HCl溶液中会以HBT的质子化形态(HBT-H+)平行吸附在金属表面，形成HBT-H+保护膜。
(2)研究了吲唑(IA)在0.5MH2SO4溶液中对低碳钢的缓蚀作用，探讨了两种卤素取代基(Br、I)对吲唑在相同溶液中缓蚀作用的影响。实验测试结果表明，吲唑(IA)为混合型缓蚀剂，其吸附行为符合Langmuir等温吸附模型，浓度为4mM时，缓蚀效率达到89.5%。两种卤素基吲唑(BIA、IIA)也均为混合型缓蚀剂，吸附行为符合Langmuir等温吸附模型，二者缓蚀效率高于吲唑(浓度为0.8mM时，分别为91.9%和98.1%)。理论研究结果表明，三种缓蚀剂分子都以质子化形态IA-H+、BIA-H+和IIA-H+存在于测试溶液中；由于Br、I吸电子基的存在，造成苯环上电子云密度增强，使BIA和IIA缓蚀性能增强。此外，基于理论计算建立了三种缓蚀剂分子的量子化学参数与缓蚀效率之间的关联关系。
(3)研究了两种含氮取代基(-NO2和-NH2)对吲唑在1MHCl和0.5MH2SO4溶液中对低碳钢的缓蚀作用的影响机理。结果表明，在测试的两种酸性介质中5-硝基-吲唑(NIA)和5-氨基-吲唑(AIA)均为混合型缓蚀剂，缓蚀效率高于同浓度下的吲唑缓蚀剂(当浓度为2mM时，缓蚀效率分别为76.8%和80.5%)。理论研究结果表明，由NIA和AIA的原始形态取得的量化参数和吸附能参数与实验结果不一致，以其质子化形态(NIA-H+和AIA-2H+)取得的量化参数和吸附能参数与实验结果一致性良好，证明了pKa预测缓蚀剂分子存在形式的可靠性。研究同时发现，由于硝基的强吸电子能力，使得电子云会偏向硝基，反而造成苯环上电子云密度减少,致使NIA缓蚀性能不及AIA。同时，理论研究表明NIA-H+和AIA-2H+在金属表面的吸附构型均为平行吸附。
(4)研究了两种羰基取代基(-CO-H、-CO-OH)对吲唑在0.5MH2SO4溶液中对低碳钢缓蚀作用的影响机理。实验测试结果表明：3-甲醛-吲唑(3-CIA)和3-甲酸-吲唑(3-CAIA)均为混合型缓蚀剂，缓蚀效率均低于吲唑(4mM时，＜80%)，缓蚀效率大小顺序为3-CAIA＞3-CIA。理论研究结果表明，醛基和羧基均为吸电子基团，其在三号位上的取代，使得分子前线轨道偏向五元环，从而引起前线轨道能量参数发生变化，是造成二者缓蚀效率较低的原因。此外，研究发现，缓蚀剂分子在金属表面的吸附构型的差异，对缓蚀效率有较大影响。
(5)研究了卤素离子(Cl-、Br-、I-)对吲唑(IA)在0.5MH2SO4溶液中对低碳钢缓蚀作用的影响，并比较了相同条件下吲唑(IA)与吲哚(IO)缓蚀性能的差异。实验测试结果表明，测试的三种卤素离子均能与IA和IO起到协同缓蚀作用，协同能力大小顺序同为I-＞Br-＞Cl-。与Cl-和Br-协同作用时，IO的缓蚀效率低于IA；与I-协同时，IO的缓蚀效率高于IA。理论研究结果表明，IO和IA分别以IO和IA-H+的形态存在于测试溶液中。研究同样证明，IO和IA-H+在含卤素离子的金属表面的吸附构型的差异，是造成二者缓蚀性能差异的主要原因。
通过以上研究表明，缓蚀剂分子在测试溶液中的存在形态对其缓蚀性能具有重要影响，其中以pKa预测的存在形态所揭示的理论参数与缓蚀效率一致性关系良好。通过对不同取代基、不同取代位置的吲唑衍生物的研究表明，缓蚀剂分子的电子云分布和量化参数是缓蚀剂性能的重要指标。缓蚀剂分子吸附在金属表面时，吸附构型对缓蚀效率的影响高于量化参数和吸附能参数。