環(huán)境友好型緩蝕劑的研究進展

程 偉，周 揚，古華山，陸秀群，蔣金玉

(合肥通用機械研究院國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031)

在腐蝕介質(zhì)中加入少量物質(zhì)，可以使金屬的腐蝕速度降低甚至停止，這種物質(zhì)稱為緩蝕劑。與其他防腐技術相比，緩蝕劑技術具有不增加設備投資、不改變腐蝕環(huán)境、不影響化工工藝、操作簡單、見效快、成本低等優(yōu)點，廣泛應用于石油開采、水處理、金屬制品儲運等工程中。常用緩蝕劑，具有較大的毒性，在合成、運輸和使用過程中，對人和環(huán)境構成了潛在風險，于是環(huán)境友好型緩蝕劑應運而生。環(huán)境友好型緩蝕劑可分為有機緩蝕劑、無機緩蝕劑和聚合物緩蝕劑3 大類。

1 有機緩蝕劑

作為有機緩蝕劑的有機化合物通常由電負性較大的N，O 和S 等原子為中心的極性基與C 和H 等原子組成的非極性基構成，能夠以化學鍵或分子間作用力與金屬表面相結合。根據(jù)緩蝕劑或其原料來源的不同，有機緩蝕劑可分為天然有機緩蝕劑和人工有機緩蝕劑兩類。

1.1 天然有機緩蝕劑

天然有機緩蝕劑指從天然產(chǎn)物中提取或者以天然產(chǎn)物為原料制備的有機緩蝕劑。周曉榮等［1］采用加熱回流萃取法從薄荷葉中提取了一種主要組分為氨基酸、類黃酮和碳水化合物的天然有機緩蝕劑，這種緩蝕劑通過在熱軋?zhí)间摫砻嫘纬蓡畏肿游綄觼磉_到緩蝕效果。當溫度為20～50 ℃，在2 mol/L 的HCl 溶液中，這種薄荷葉緩蝕劑對熱軋?zhí)间摼哂辛己玫木徫g作用。謝彥等［2］采用索氏提取法從紅茶茶葉中提取了一種混合抑制型緩蝕劑，通過吸附在碳鋼表面，起到緩蝕作用。實驗表明，當紅茶提取液質(zhì)量濃度為0.16 g/mL 時，對碳鋼在1.0 mol/L HCl 中有較好的緩蝕作用，緩蝕效率達91% 以上。Punita Mourya 等［3］通過質(zhì)量損失法、電化學極化法、量子化學等手段研究了萬壽菊提取液在0.5 mol/L硫酸溶液中對低碳鋼的緩蝕行為，結果顯示:萬壽菊提取液中的葉黃素質(zhì)子化后，在低碳鋼表面形成一層保護層，起到了較好的緩蝕作用。

1.2 人工有機緩蝕劑

人工有機緩蝕劑指緩蝕劑本身不是天然有機物而是由非天然有機物合成而來。根據(jù)分子結構的不同，可以將人工有機緩蝕劑分為有機胺類、醛酮類和氨基酸類等。

(1)有機胺類方面:胡松青等［4］采用量子化學計算和分子動力學模擬相結合的方法，在液相條件下對2-氨基-N-癸烷-3-(4-羥基苯基)丙酸、2-氨基-N-癸 烷-乙 酰 胺、2-氨 基-N-癸 烷-丙 酸、2-氨基-N-癸烷-3-甲基-丁酰胺4 種緩蝕劑分子抑制鹽酸對低碳鋼腐蝕的性能進行理論分析，結果顯示:2-氨基-N-癸烷-3-(4-羥基苯基)丙酸具有最強的反應活性，分析所得數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)相吻合。謝發(fā)之等［5］以二甲氨基苯甲酸、二乙烯三胺和氯化芐為原料，采用兩步法合成了一種新型具有多個潛在吸附中心的季銨鹽型咪唑啉緩蝕劑，該緩蝕劑對碳鋼具有良好的緩蝕性能，用量為0.5%時，緩蝕率可以達到97% 以上。Ayse Ongun Yuce等［6］采用電化學和量子化學的方法研究了2-氨基-4-甲基噻唑在0.5 mol/L 鹽酸溶液中對低碳鋼的緩蝕行為，結果顯示:2-氨基-4-甲基噻唑會強烈地吸附在低碳鋼表面，形成一層保護層，起到非常好的緩蝕作用。

(2)醛酮類方面:李善建［7］用肉桂醛和苯胺通過脫水縮合合成了一種新型夫堿酸化緩蝕劑，該緩蝕劑可在P110 鋼表面形成一種吸附膜，抑制陰極反應，起到緩蝕作用。Yaroslav G.Avdeev等［8］分別研究了含有α，β 不飽和雙鍵的醛類化合物對低碳鋼在鹽酸和硫酸溶液中的緩蝕效果。研究結果表明:含有α，β 不飽和雙鍵，且雙鍵上不含有較大空間位阻基團的醛類化合物對低碳鋼在鹽酸溶液中具有非常好的緩蝕作用;相反，不飽和的醛類化合物會促進硫酸溶液中的低碳鋼發(fā)生腐蝕。Gennady I.Ostapenko 等［9］研究了2-環(huán)己烯環(huán)己酮對碳鋼在鹽酸溶液中的緩蝕作用，發(fā)現(xiàn):2-環(huán)己烯環(huán)己酮能同時抑制陰極反應和陽極反應，尤其是抑制陽極反應，對碳鋼在鹽酸溶液中的腐蝕起到較好的緩蝕效果，緩蝕效率可達80%～90%。

(3)氨基酸類方面:盧憲輝等［10］向循環(huán)水中投加柴油，模擬油品泄漏工況，加入不同濃度的生物酶制劑，進行正交實驗，得出3 種生物酶最優(yōu)的復配方案，進而將碳鋼的腐蝕速率控制在0.05 mm/a 以下。錢建華等［11］分別研究了5 種氨基酸在0.5mol/L HCl 溶液中對銅的緩蝕作用。研究表明:5 種氨基酸均為陰極吸附型緩蝕劑，L-賴氨酸的緩蝕效果最好，緩蝕效率可達84.77%，與傳統(tǒng)緩蝕劑苯并三唑、咪唑類緩蝕劑相比，緩蝕效率明顯提高。

2 無機緩蝕劑

所謂無機緩蝕劑，是指緩蝕劑本身或者主要成分是無機物，如:過氧化氫、磷酸鹽、硫酸鈉、硫酸鋅和硫酸氫鈣等。

安洋等［12］采用電化學方法研究了鉬酸鈉、硫酸鈉及硝酸鈉對不銹鋼在模擬高硬度高氯循環(huán)冷卻水中點蝕的緩蝕作用。3 種無機緩蝕劑對不銹鋼的點蝕均有不同程度的抑制作用，其效果隨溶液溫度變化而改變，在低溫時，緩蝕作用順序為硝酸鈉＞硫酸鈉＞鉬酸鈉;在高溫時，緩蝕作用順序為鉬酸鈉＞硫酸鈉＞硝酸鈉。張鵬等［13］將硝酸鋅、鉬酸鈉和三聚磷酸鈉進行復配，得到一種陰極型復合緩蝕劑，特別適用于不銹鋼在酸性高錳酸鉀去污溶液中的緩蝕，緩蝕率可達97.4%。楊榕杰等［14］采用電化學技術、掃描電子顯微鏡研究了D-葡萄糖酸鈉、鉬酸鈉和硫脲3 組分復合緩蝕劑對模擬混凝土孔隙液中鋼筋腐蝕行為的影響及其阻銹作用。結果顯示:質(zhì)量百分數(shù)為3.5% 的NaCl 模擬混凝土孔隙液中，復合緩蝕劑具有協(xié)同效應，對鋼筋有良好的阻銹作用。當D-葡萄糖酸鈉、鉬酸鈉和硫脲質(zhì)量濃度分別為750，250 和500 mg/L 時，對鋼筋的緩蝕效率可達到94.5%。

3 聚合物緩蝕劑

聚合物緩蝕劑是指緩蝕劑本身或者主要成分為聚合物，是近幾年的研究熱點。Mohammad M.Fares 等［15］研究了柑橘皮膠質(zhì)作為鋁的緩蝕劑在2 mol/L 鹽酸溶液中的緩蝕效果，結果顯示:當柑橘皮膠質(zhì)質(zhì)量濃度8 g/L，環(huán)境溫度10 ℃時，緩蝕效率可達91%;環(huán)境溫度為40 ℃時，緩蝕效率降至31%。Sitashree Banerjee 等［16］將多糖接枝到聚丙烯酰胺上，研究它在0.5 mol/L H2SO4溶液中對低碳鋼的緩蝕行為。25 ℃時，隨著緩蝕劑質(zhì)量濃度的上升，緩蝕效率逐漸上升，最高可達96.6%。

4 結束語

環(huán)境友好型緩蝕劑將在以下幾個方面得到發(fā)展:(1)不同類別的緩蝕劑進行復配，發(fā)揮協(xié)同緩蝕作用;(2)人工合成或者從天然聚合物提取的方法，開發(fā)更加高效、更加廉價的聚合物緩蝕劑，并推動其產(chǎn)業(yè)化。

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