付 嬌，陳四燕，周亞玲

（武昌工學(xué)院，湖北 武漢430065）

緩蝕劑是適當(dāng)?shù)拇嬖谟诃h(huán)境或介質(zhì)中時(shí)，可以減緩或防止腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或混合物。金屬腐蝕是指金屬在外界環(huán)境的作用下引起的破壞或變質(zhì)。它遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域，危害十分嚴(yán)重。為減緩金屬的腐蝕，人們采用很多方法來保護(hù)金屬，其中添加緩蝕劑就是一個(gè)行之有效的方法。但以往工業(yè)上常用的金屬緩蝕劑常常對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生較為嚴(yán)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(jīng)濟(jì)損失。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，生態(tài)環(huán)境卻在逐步惡化。因此，人們的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，可持續(xù)發(fā)展被廣泛提及。在地球生態(tài)環(huán)境日益惡化的今天，環(huán)境友好型緩蝕劑的開發(fā)己成為中外緩蝕劑方面學(xué)者的共識(shí)。因此，環(huán)境友好型金屬緩蝕劑成為近年來國(guó)內(nèi)外化學(xué)、水處理等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題[1-3]。在此基礎(chǔ)上，本論文綜述了金屬緩蝕劑的研究進(jìn)展。特別是近年來發(fā)展迅速的環(huán)境友好型金屬緩蝕劑，重點(diǎn)介紹了幾種常用的綠色金屬緩蝕劑及其緩蝕機(jī)理的研究成果并對(duì)環(huán)保型金屬緩蝕劑的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 金屬緩蝕劑的研究進(jìn)展

世界上第一個(gè)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(fā)表了。早期研究的金屬緩蝕劑大多使用動(dòng)物、植物原料及加工產(chǎn)品，如糖漿、植物油、骨膠等。二十世紀(jì)初期，各類有機(jī)物、雜環(huán)化合物被用作金屬緩蝕劑。二十世紀(jì)中期是有機(jī)緩蝕劑發(fā)展的鼎盛時(shí)期，每年都有大量研究成果發(fā)表。隨后，人們把研究的方向更多的放在了緩蝕劑的復(fù)配。同時(shí)，對(duì)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(guó)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(jìn)入迅速發(fā)展期，新的金屬緩蝕劑不斷被報(bào)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(guó)內(nèi)外對(duì)金屬緩蝕劑的研究繼續(xù)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(cè)試其緩蝕性能，結(jié)果顯示它們?cè)谔间摫砻嫘纬扇S成相膜或吸附膜，并都能降低碳鋼的腐蝕速度。Mohammed A等試驗(yàn)了十六吡啶溴化物、琥珀酸等對(duì)碳鋼的緩蝕效果，結(jié)果顯示緩蝕率都能達(dá)到70%以上，吸附過程符合動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)規(guī)律，很好的保護(hù)了金屬表面，同時(shí)緩蝕率隨著濃度的增加而增大。

此外，國(guó)內(nèi)對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的研究也很多[8-11]。曹楚南[12]等用電化學(xué)方法研究了吸附型緩蝕劑的電化學(xué)參數(shù)，提出了覆蓋效應(yīng)、負(fù)催化效應(yīng)等緩蝕理論模型來進(jìn)行機(jī)理分析，研究水平處于緩蝕劑研究的前列。

2 環(huán)境友好型金屬緩蝕劑的研究進(jìn)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(chǎn)品均對(duì)人體和環(huán)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(yōu)異的水溶性高分子材料，使用后可高效穩(wěn)定地被微生物、真菌降解為氨基酸小分子，最終降解產(chǎn)物為對(duì)環(huán)境無害的水和CO2。因此，聚天冬氨酸是生物降解性好的、環(huán)境友好型化學(xué)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(fā)現(xiàn)在pH值處于8～9時(shí)能達(dá)到較好的效果。徐群杰[13]等人通過電化學(xué)譜圖研究了環(huán)境友好型水處理藥劑聚天冬氨酸和鎢酸鈉的復(fù)配對(duì)純銅的緩釋作用，改變模擬水介質(zhì)的條件，研究復(fù)配聚天冬氨酸對(duì)銅的緩蝕性能。研究表明，復(fù)配后模擬水中，聚天冬氨酸與鎢酸鈉的質(zhì)量比為1∶1時(shí)，其對(duì)銅的緩蝕效果最佳能達(dá)到90.50%。復(fù)配緩蝕劑對(duì)銅的緩蝕性能會(huì)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(duì)銅的緩蝕性能和吸附行為。通過電化學(xué)阻抗和極化曲線法發(fā)現(xiàn)聚天冬氨酸對(duì)銅具有較好的緩蝕作用，當(dāng)聚天冬氨酸的濃度在15mg·L-1時(shí)，緩蝕性能最好，緩蝕率可達(dá)78.3%，聚天冬氨酸的吸附明顯降低了Cl-的侵蝕，屬于陽(yáng)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(fā)地放熱過程，屬于化學(xué)吸附。劉振法[15]采用熱縮聚工藝合成出了聚天冬氨酸。發(fā)現(xiàn)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(fù)合效果，其緩蝕和阻垢率大幅度提高。通過進(jìn)一步與膦系垢分散劑2-膦酸基丁烷-1，2，4-三羧酸復(fù)配研究，開發(fā)出一種具有優(yōu)良阻垢分散和緩蝕性能的新型聚天冬氨酸復(fù)配物，其緩蝕率達(dá)到96.5%。劉妍[16]用旋轉(zhuǎn)掛片試驗(yàn)，研究了聚天冬氨酸及其與葡萄糖酸鈉復(fù)配物對(duì)碳鋼的緩蝕性能。發(fā)現(xiàn)復(fù)配后，緩蝕性能提高，且成本降低。根據(jù)性價(jià)比，在最佳配比時(shí)，其緩蝕率可達(dá)94.80%，腐蝕速率在0.0471mm·a-1以下，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定指標(biāo)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(duì)其緩蝕性能進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示聚天冬氨酸衍生物是一種以抑制陽(yáng)極為主的緩蝕劑，電極表面形成了較完整的保護(hù)膜，對(duì)碳鋼有一定的緩蝕保護(hù)能力。賈艷霞[18]研究了鹽酸體系中聚天冬氨酸對(duì)銅的緩蝕性能，并探討其機(jī)理。仵茜[19]等人采用電化學(xué)方法測(cè)試了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%磷酸溶液中聚天冬氨酸對(duì)碳鋼的緩蝕性能和與十二烷基硫酸鈉進(jìn)行復(fù)配時(shí)的協(xié)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(fù)配對(duì)A3碳鋼在腐蝕介質(zhì)中的協(xié)同吸附行為及緩蝕抑霧作用。研究結(jié)果表明：復(fù)配緩蝕劑緩蝕率可達(dá)94%，但隨著溫度的升高，復(fù)配緩蝕劑的緩蝕性能下降。

根據(jù)以上的研究結(jié)果表明聚天冬氨酸對(duì)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(zhǎng)肽鏈。由于羰基中的氧原子和氮原子所含有的孤對(duì)電子，加上羰基中的氧原子的π鍵，均可與金屬原子產(chǎn)生吸附，使金屬表面排列極性基團(tuán)，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(kuò)散，達(dá)到減慢陽(yáng)極金屬腐蝕的效果，但由于環(huán)境條件的不同，緩釋效果會(huì)有較大的變化。

2.2 其他環(huán)境友好型緩蝕劑緩蝕效果

孟邱[21]等人對(duì)同時(shí)含有酰胺和咪唑啉環(huán)結(jié)構(gòu)的咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的緩蝕性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)緩蝕劑的加入量為1%時(shí)，緩蝕效果最好；緩蝕效果隨著腐蝕介質(zhì)溫度和時(shí)間的增加呈逐漸下降趨勢(shì)。付薇[22]等人研究并討論了新型咪唑啉雙季銨鹽陽(yáng)離子緩蝕劑對(duì)各種金屬的緩蝕性能及緩蝕劑結(jié)構(gòu)中親油基部分碳鏈長(zhǎng)度、緩蝕時(shí)間、緩蝕劑濃度等對(duì)緩蝕效果的影響。陳旭[23]等人制備環(huán)保型復(fù)合緩蝕劑研究其在含有NaC1溶液中的緩釋問題，緩蝕率達(dá)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(shí)間的延長(zhǎng)，緩蝕效率不斷下降。李謙定[24]等人通過正交實(shí)驗(yàn)得到了咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的最佳合成條件，同時(shí)采用靜態(tài)掛片失重法和電化學(xué)方法考察了該緩蝕劑的緩蝕性能。結(jié)果緩蝕劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，N80鋼在90℃，體積分?jǐn)?shù)為l5%的HC1介質(zhì)中，緩蝕率為97%；緩蝕劑是以抑制陽(yáng)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，其合成的咪唑啉緩蝕劑在模擬鹽水介質(zhì)中的緩蝕率可達(dá)到90.1%。

3 展望

目前，對(duì)環(huán)境友好型金屬緩蝕劑的研究已經(jīng)非常豐富，但是關(guān)于機(jī)理方面的研究，絕大部分觀點(diǎn)和解釋還只是推測(cè)，缺乏明確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。金屬緩蝕劑作為最常用的工業(yè)助劑之一，其應(yīng)條件和范圍還有待得出進(jìn)一步規(guī)律性的結(jié)論。為更好的發(fā)展防護(hù)金屬領(lǐng)域，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的危害，環(huán)境友好型金屬緩蝕劑具有廣闊的應(yīng)用前景，值得大力推廣和應(yīng)用。

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