環境友好型金屬緩蝕劑的研究進展

付 嬌，陳四燕，周亞玲

（武昌工學院，湖北 武漢430065）

緩蝕劑是適當的存在于環境或介質中時，可以減緩或防止腐蝕的化學物質或混合物。金屬腐蝕是指金屬在外界環境的作用下引起的破壞或變質。它遍及國民經濟和國防建設各個領域，危害十分嚴重。為減緩金屬的腐蝕，人們采用很多方法來保護金屬，其中添加緩蝕劑就是一個行之有效的方法。但以往工業上常用的金屬緩蝕劑常常對周圍的環境產生較為嚴重的污染，這在極大程度上限制了緩蝕劑的使用，也造成了不可避免的經濟損失。

隨著科學技術不斷發展，生態環境卻在逐步惡化。因此，人們的環保意識不斷增強，可持續發展被廣泛提及。在地球生態環境日益惡化的今天，環境友好型緩蝕劑的開發己成為中外緩蝕劑方面學者的共識。因此，環境友好型金屬緩蝕劑成為近年來國內外化學、水處理等領域研究的熱點課題[1-3]。在此基礎上，本論文綜述了金屬緩蝕劑的研究進展。特別是近年來發展迅速的環境友好型金屬緩蝕劑，重點介紹了幾種常用的綠色金屬緩蝕劑及其緩蝕機理的研究成果并對環保型金屬緩蝕劑的發展進行了展望。

1 金屬緩蝕劑的研究進展

世界上第一個緩蝕劑專利酸洗鐵板用緩蝕劑公布后，又相繼有類似鐵緩蝕劑發表了。早期研究的金屬緩蝕劑大多使用動物、植物原料及加工產品，如糖漿、植物油、骨膠等。二十世紀初期，各類有機物、雜環化合物被用作金屬緩蝕劑。二十世紀中期是有機緩蝕劑發展的鼎盛時期，每年都有大量研究成果發表。隨后，人們把研究的方向更多的放在了緩蝕劑的復配。同時，對各種材料的緩釋效果和新的緩釋劑也有大量研究[4,5]。我國的緩蝕劑研究起步較晚，最早研制成功的是硫酸緩蝕劑[6]。隨后進入迅速發展期，新的金屬緩蝕劑不斷被報道，包括有磺酸類、季銨鹽類、苯并咪唑類、多苯并咪唑、胺衍生物、烷基烯丙基喹啉等等[7]。

近年來，國內外對金屬緩蝕劑的研究繼續保持活躍。Vandna Patil等人分別合成了聚2，5-二甲基苯胺、聚2，5-二甲氧基苯胺、三唑衍生物，并測試其緩蝕性能，結果顯示它們在碳鋼表面形成三維成相膜或吸附膜，并都能降低碳鋼的腐蝕速度。Mohammed A等試驗了十六吡啶溴化物、琥珀酸等對碳鋼的緩蝕效果，結果顯示緩蝕率都能達到70%以上，吸附過程符合動力學和熱力學規律，很好的保護了金屬表面，同時緩蝕率隨著濃度的增加而增大。

此外，國內對這個領域的研究也很多[8-11]。曹楚南[12]等用電化學方法研究了吸附型緩蝕劑的電化學參數，提出了覆蓋效應、負催化效應等緩蝕理論模型來進行機理分析，研究水平處于緩蝕劑研究的前列。

2 環境友好型金屬緩蝕劑的研究進展

2.1 聚天冬氨酸及其衍生物緩蝕效果

聚天冬氨酸是一種從原料、制備過程到最終產品均對人體和環境無害的可以生物降解的綠色水處理藥劑。聚天冬氨酸作為性能優異的水溶性高分子材料，使用后可高效穩定地被微生物、真菌降解為氨基酸小分子，最終降解產物為對環境無害的水和CO2。因此，聚天冬氨酸是生物降解性好的、環境友好型化學品。

Little BJ研究了較低濃度的聚天冬氨酸在海水中的緩蝕情況，發現在pH值處于8～9時能達到較好的效果。徐群杰[13]等人通過電化學譜圖研究了環境友好型水處理藥劑聚天冬氨酸和鎢酸鈉的復配對純銅的緩釋作用，改變模擬水介質的條件，研究復配聚天冬氨酸對銅的緩蝕性能。研究表明，復配后模擬水中，聚天冬氨酸與鎢酸鈉的質量比為1∶1時，其對銅的緩蝕效果最佳能達到90.50%。復配緩蝕劑對銅的緩蝕性能會隨著溫度、pH值、Cl-的含量和S2-的濃度變化。朱律均[14]等人研究了綠色緩蝕劑聚天冬氨酸對銅的緩蝕性能和吸附行為。通過電化學阻抗和極化曲線法發現聚天冬氨酸對銅具有較好的緩蝕作用，當聚天冬氨酸的濃度在15mg·L-1時，緩蝕性能最好，緩蝕率可達78.3%，聚天冬氨酸的吸附明顯降低了Cl-的侵蝕，屬于陽極緩蝕劑，但隨著溫度的升高，聚天冬氨酸的緩蝕率逐漸降低，可在銅的表面吸附成膜，其吸附行為符合Langmuir等溫方程式，吸附是自發地放熱過程，屬于化學吸附。劉振法[15]采用熱縮聚工藝合成出了聚天冬氨酸。發現聚天冬氨酸與丙烯酸－丙烯酸乙酯－衣康酸三元共聚物具有顯著的復合效果，其緩蝕和阻垢率大幅度提高。通過進一步與膦系垢分散劑2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸復配研究，開發出一種具有優良阻垢分散和緩蝕性能的新型聚天冬氨酸復配物，其緩蝕率達到96.5%。劉妍[16]用旋轉掛片試驗，研究了聚天冬氨酸及其與葡萄糖酸鈉復配物對碳鋼的緩蝕性能。發現復配后，緩蝕性能提高，且成本降低。根據性價比，在最佳配比時，其緩蝕率可達94.80%，腐蝕速率在0.0471mm·a-1以下，遠低于國家規定指標0.1250rmn·a-1。高玉華[17]等人合成了一種比聚天冬氨酸的緩蝕率提高了36%以上的聚天冬氨酸衍生物，并對其緩蝕性能進行了研究，結果顯示聚天冬氨酸衍生物是一種以抑制陽極為主的緩蝕劑，電極表面形成了較完整的保護膜，對碳鋼有一定的緩蝕保護能力。賈艷霞[18]研究了鹽酸體系中聚天冬氨酸對銅的緩蝕性能，并探討其機理。仵茜[19]等人采用電化學方法測試了質量分數為20%磷酸溶液中聚天冬氨酸對碳鋼的緩蝕性能和與十二烷基硫酸鈉進行復配時的協同緩蝕效果。許奕春[2 0]等人研究了聚天冬氨酸與十二烷基酚聚氧乙烯醚復配對A3碳鋼在腐蝕介質中的協同吸附行為及緩蝕抑霧作用。研究結果表明：復配緩蝕劑緩蝕率可達94%，但隨著溫度的升高，復配緩蝕劑的緩蝕性能下降。

根據以上的研究結果表明聚天冬氨酸對金屬具有一定的緩蝕作用，不同條件下緩蝕效果有較大不同。這可能是由于PASP是一種水溶性的大分子多肽鏈，以肽鍵增長肽鏈。由于羰基中的氧原子和氮原子所含有的孤對電子，加上羰基中的氧原子的π鍵，均可與金屬原子產生吸附，使金屬表面排列極性基團，而非極性在空間中起到阻礙作用，阻止了氧氣向金屬表面的擴散，達到減慢陽極金屬腐蝕的效果，但由于環境條件的不同，緩釋效果會有較大的變化。

2.2 其他環境友好型緩蝕劑緩蝕效果

孟邱[21]等人對同時含有酰胺和咪唑啉環結構的咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的緩蝕性能進行研究，發現當緩蝕劑的加入量為1%時，緩蝕效果最好；緩蝕效果隨著腐蝕介質溫度和時間的增加呈逐漸下降趨勢。付薇[22]等人研究并討論了新型咪唑啉雙季銨鹽陽離子緩蝕劑對各種金屬的緩蝕性能及緩蝕劑結構中親油基部分碳鏈長度、緩蝕時間、緩蝕劑濃度等對緩蝕效果的影響。陳旭[23]等人制備環保型復合緩蝕劑研究其在含有NaC1溶液中的緩釋問題，緩蝕率達到85.58%，SEM分析顯示碳鋼表面形成了一層致密的鈍化膜；隨著腐蝕體系的溫度、攪拌速度升高以及碳鋼浸泡時間的延長，緩蝕效率不斷下降。李謙定[24]等人通過正交實驗得到了咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的最佳合成條件，同時采用靜態掛片失重法和電化學方法考察了該緩蝕劑的緩蝕性能。結果緩蝕劑質量分數為1%時，N80鋼在90℃，體積分數為l5%的HC1介質中，緩蝕率為97%；緩蝕劑是以抑制陽極為主的混合型緩蝕劑。魏斌[25]等人用合成的咪唑啉季銨鹽進行實驗，結果表明，其合成的咪唑啉緩蝕劑在模擬鹽水介質中的緩蝕率可達到90.1%。

3 展望

目前，對環境友好型金屬緩蝕劑的研究已經非常豐富，但是關于機理方面的研究，絕大部分觀點和解釋還只是推測，缺乏明確的試驗數據。金屬緩蝕劑作為最常用的工業助劑之一，其應條件和范圍還有待得出進一步規律性的結論。為更好的發展防護金屬領域，同時減少對環境的危害，環境友好型金屬緩蝕劑具有廣闊的應用前景，值得大力推廣和應用。

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