咪唑啉及其衍生物以其独特的分子结构,是近三十年发展起来的性能优异的缓蚀剂。在酸洗工业中对于碳钢、铜及铜合金、铝及铝合金等均具有优良的缓蚀性能;在采油、采气工业中能抑制油气井内H2S、CO2气体的腐蚀;在炼油工业中能抑制HCl-H2S-H2O酸性介质的腐蚀。双子季铵盐作为一种具有广阔应用前景并具有良好表面性能、缓蚀性能和杀菌性能的一类化合物,被认为是“最有可能成为二十一世纪的新型表面活性剂”,季铵盐型双子表面活性剂的开发及应用已是现今国内外研究的热点。因此,从缓蚀剂分子设计的角度出发,将双季铵盐结构引入咪唑啉分子中,开发一种具有多吸附中心、良好的水溶性和良好的缓蚀性能的新型咪唑啉双季铵盐具有重要意义。基于上述原理,本论文合成了一种新型缓蚀剂分子——含咪唑啉环不对称双季铵盐。以烷基咪唑啉和N-(3-氯-2-羟丙基)-N,N-二甲基长链烷基季铵盐为中间体合成了目标产物含咪唑啉环不对称双季铵盐。对中间体和目标产物结构进行了表征,分别探讨了中间体和目标产物的最佳工艺条件;研究了在1mol/L盐酸溶液中含咪唑啉环不对称双季铵盐对Q235钢的缓蚀性能;采用量子化学计算方法验证了含咪唑啉环不对称双季铵盐分子结构与缓蚀性能之间的规律。具体研究内容和结果如下:1.通过FTIR、1HNMR、13CNMR和MS对对中间体和目标产物的结构进行了鉴定,结果表明得到的各个产物的结构与理论分子结构相符,通过单因素实验探讨了中间体和目标产物的最佳合成条件,烷基咪唑啉的最佳合成条件:长链烷基脂肪酸与二乙烯三胺反应摩尔比为1:1.1,环化反应时间为8h,240℃为环化反应的最高温度,携水剂在反应物中质量分数为30%,产率可达86.30%;N-(3-氯-2-羟丙基)-N,N-二甲基长链烷基季铵盐最佳合成条件: N,N-二甲基长链烷基叔胺与环氧氯丙烷摩尔比为2:1,反应温度为45℃,反应时间为14h,产率可达84.30%;含咪唑啉环不对称双季铵盐最佳合成条件:异丙醇为溶剂,溶剂在反应物中的质量分数为40%,烷基咪唑啉与N-(3-氯-2-羟丙基)-N,N-二甲基长链烷基季铵盐的摩尔比为1.1:1,反应温度为80℃,产率可达86.52%。2.采用失重法、极化曲线法、交流阻抗法(EIS)和扫描电子显微镜(SEM)等多种测试手段研究了在1mol/L盐酸溶液中添加不同浓度含咪唑啉环双季铵盐的缓蚀性能及其缓蚀剂膜在Q235钢表面生长和衰减情况。实验结果表明:在1mol/L盐酸溶液中添加不同浓度的含咪唑啉环不对称双季铵盐缓蚀剂,对Q235钢具有较好的缓蚀效果,缓蚀率随着缓蚀剂浓度的增加而增大,添加50mg/L,缓蚀率达到98.89%。随着缓蚀剂浓度的增加,添加缓蚀剂后的自腐蚀电位逐渐负移,并趋于稳定;随着时间的延长,腐蚀速率迅速降低,缓蚀率持续增大,碳钢表面形成较致密的缓蚀剂膜;添加50mg/L和200mg/L两个浓度,1h即可成膜,成膜速度快而且膜具有生长修复能力,添加50mg/L缓蚀剂在144h达到最佳,192h仍达到95.41%缓蚀率,说明膜可以较长时间保持较好保护状态。添加200mg/L缓蚀剂72h内,在Q235钢表面成膜的成膜质量和成膜速率要好于添加50mg/L缓蚀剂形成的缓蚀剂膜。3.采用量子化学PM6半经验算法对含咪唑啉环双季铵盐分子进行了计算,计算结果表明:优化后的含咪唑啉环双季铵盐分子结构中,多个杂原子吸附中心大致在一个平面上,有利于分子在碳钢表面的吸附;含咪唑啉环双季铵盐分子具有较低的ELUMO能量,是较好的电子接受体,与缓蚀剂分子结构存在两个季氮原子相符;考虑到缓蚀剂应用到盐酸环境中的质子化效应和氯离子特性吸附,验证了缓蚀剂分子应具有较高的缓蚀性能,与实验结论相符。