环境友好型缓蚀剂的研究进展

程 伟，周 扬，古华山，陆秀群，蒋金玉

(合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽 合肥 230031)

在腐蚀介质中加入少量物质，可以使金属的腐蚀速度降低甚至停止，这种物质称为缓蚀剂。与其他防腐技术相比，缓蚀剂技术具有不增加设备投资、不改变腐蚀环境、不影响化工工艺、操作简单、见效快、成本低等优点，广泛应用于石油开采、水处理、金属制品储运等工程中。常用缓蚀剂，具有较大的毒性，在合成、运输和使用过程中，对人和环境构成了潜在风险，于是环境友好型缓蚀剂应运而生。环境友好型缓蚀剂可分为有机缓蚀剂、无机缓蚀剂和聚合物缓蚀剂3 大类。

1 有机缓蚀剂

作为有机缓蚀剂的有机化合物通常由电负性较大的N，O 和S 等原子为中心的极性基与C 和H 等原子组成的非极性基构成，能够以化学键或分子间作用力与金属表面相结合。根据缓蚀剂或其原料来源的不同，有机缓蚀剂可分为天然有机缓蚀剂和人工有机缓蚀剂两类。

1.1 天然有机缓蚀剂

天然有机缓蚀剂指从天然产物中提取或者以天然产物为原料制备的有机缓蚀剂。周晓荣等［1］采用加热回流萃取法从薄荷叶中提取了一种主要组分为氨基酸、类黄酮和碳水化合物的天然有机缓蚀剂，这种缓蚀剂通过在热轧碳钢表面形成单分子吸附层来达到缓蚀效果。当温度为20～50 ℃，在2 mol/L 的HCl 溶液中，这种薄荷叶缓蚀剂对热轧碳钢具有良好的缓蚀作用。谢彦等［2］采用索氏提取法从红茶茶叶中提取了一种混合抑制型缓蚀剂，通过吸附在碳钢表面，起到缓蚀作用。实验表明，当红茶提取液质量浓度为0.16 g/mL 时，对碳钢在1.0 mol/L HCl 中有较好的缓蚀作用，缓蚀效率达91% 以上。Punita Mourya 等［3］通过质量损失法、电化学极化法、量子化学等手段研究了万寿菊提取液在0.5 mol/L硫酸溶液中对低碳钢的缓蚀行为，结果显示:万寿菊提取液中的叶黄素质子化后，在低碳钢表面形成一层保护层，起到了较好的缓蚀作用。

1.2 人工有机缓蚀剂

人工有机缓蚀剂指缓蚀剂本身不是天然有机物而是由非天然有机物合成而来。根据分子结构的不同，可以将人工有机缓蚀剂分为有机胺类、醛酮类和氨基酸类等。

(1)有机胺类方面:胡松青等［4］采用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的方法，在液相条件下对2-氨基-N-癸烷-3-(4-羟基苯基)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 种缓蚀剂分子抑制盐酸对低碳钢腐蚀的性能进行理论分析，结果显示:2-氨基-N-癸烷-3-(4-羟基苯基)丙酸具有最强的反应活性，分析所得数据与实验数据相吻合。谢发之等［5］以二甲氨基苯甲酸、二乙烯三胺和氯化苄为原料，采用两步法合成了一种新型具有多个潜在吸附中心的季铵盐型咪唑啉缓蚀剂，该缓蚀剂对碳钢具有良好的缓蚀性能，用量为0.5%时，缓蚀率可以达到97% 以上。Ayse Ongun Yuce等［6］采用电化学和量子化学的方法研究了2-氨基-4-甲基噻唑在0.5 mol/L 盐酸溶液中对低碳钢的缓蚀行为，结果显示:2-氨基-4-甲基噻唑会强烈地吸附在低碳钢表面，形成一层保护层，起到非常好的缓蚀作用。

(2)醛酮类方面:李善建［7］用肉桂醛和苯胺通过脱水缩合合成了一种新型夫碱酸化缓蚀剂，该缓蚀剂可在P110 钢表面形成一种吸附膜，抑制阴极反应，起到缓蚀作用。Yaroslav G.Avdeev等［8］分别研究了含有α，β 不饱和双键的醛类化合物对低碳钢在盐酸和硫酸溶液中的缓蚀效果。研究结果表明:含有α，β 不饱和双键，且双键上不含有较大空间位阻基团的醛类化合物对低碳钢在盐酸溶液中具有非常好的缓蚀作用;相反，不饱和的醛类化合物会促进硫酸溶液中的低碳钢发生腐蚀。Gennady I.Ostapenko 等［9］研究了2-环己烯环己酮对碳钢在盐酸溶液中的缓蚀作用，发现:2-环己烯环己酮能同时抑制阴极反应和阳极反应，尤其是抑制阳极反应，对碳钢在盐酸溶液中的腐蚀起到较好的缓蚀效果，缓蚀效率可达80%～90%。

(3)氨基酸类方面:卢宪辉等［10］向循环水中投加柴油，模拟油品泄漏工况，加入不同浓度的生物酶制剂，进行正交实验，得出3 种生物酶最优的复配方案，进而将碳钢的腐蚀速率控制在0.05 mm/a 以下。钱建华等［11］分别研究了5 种氨基酸在0.5mol/L HCl 溶液中对铜的缓蚀作用。研究表明:5 种氨基酸均为阴极吸附型缓蚀剂，L-赖氨酸的缓蚀效果最好，缓蚀效率可达84.77%，与传统缓蚀剂苯并三唑、咪唑类缓蚀剂相比，缓蚀效率明显提高。

2 无机缓蚀剂

所谓无机缓蚀剂，是指缓蚀剂本身或者主要成分是无机物，如:过氧化氢、磷酸盐、硫酸钠、硫酸锌和硫酸氢钙等。

安洋等［12］采用电化学方法研究了钼酸钠、硫酸钠及硝酸钠对不锈钢在模拟高硬度高氯循环冷却水中点蚀的缓蚀作用。3 种无机缓蚀剂对不锈钢的点蚀均有不同程度的抑制作用，其效果随溶液温度变化而改变，在低温时，缓蚀作用顺序为硝酸钠＞硫酸钠＞钼酸钠;在高温时，缓蚀作用顺序为钼酸钠＞硫酸钠＞硝酸钠。张鹏等［13］将硝酸锌、钼酸钠和三聚磷酸钠进行复配，得到一种阴极型复合缓蚀剂，特别适用于不锈钢在酸性高锰酸钾去污溶液中的缓蚀，缓蚀率可达97.4%。杨榕杰等［14］采用电化学技术、扫描电子显微镜研究了D-葡萄糖酸钠、钼酸钠和硫脲3 组分复合缓蚀剂对模拟混凝土孔隙液中钢筋腐蚀行为的影响及其阻锈作用。结果显示:质量百分数为3.5% 的NaCl 模拟混凝土孔隙液中，复合缓蚀剂具有协同效应，对钢筋有良好的阻锈作用。当D-葡萄糖酸钠、钼酸钠和硫脲质量浓度分别为750，250 和500 mg/L 时，对钢筋的缓蚀效率可达到94.5%。

3 聚合物缓蚀剂

聚合物缓蚀剂是指缓蚀剂本身或者主要成分为聚合物，是近几年的研究热点。Mohammad M.Fares 等［15］研究了柑橘皮胶质作为铝的缓蚀剂在2 mol/L 盐酸溶液中的缓蚀效果，结果显示:当柑橘皮胶质质量浓度8 g/L，环境温度10 ℃时，缓蚀效率可达91%;环境温度为40 ℃时，缓蚀效率降至31%。Sitashree Banerjee 等［16］将多糖接枝到聚丙烯酰胺上，研究它在0.5 mol/L H2SO4溶液中对低碳钢的缓蚀行为。25 ℃时，随着缓蚀剂质量浓度的上升，缓蚀效率逐渐上升，最高可达96.6%。

4 结束语

环境友好型缓蚀剂将在以下几个方面得到发展:(1)不同类别的缓蚀剂进行复配，发挥协同缓蚀作用;(2)人工合成或者从天然聚合物提取的方法，开发更加高效、更加廉价的聚合物缓蚀剂，并推动其产业化。

［1］周晓荣，田径，姚小虎，等.薄荷叶缓蚀剂对热轧碳钢的缓蚀作用［J］.材料保护，2014，47(3):16-19.

［2］谢彦，阴军英，刘元伟，等.红茶提取液在盐酸中对碳钢的缓蚀作用［J］.应用化学，2014，31(4):469-475.

［3］Punita Mourya，Sitashree Banerjee，M.M.Singh.Corrosion inhibition of mild steel in acidic solution by Tagetes erecta(Marigold flower)extract as a green inhibitor［J］.Corrosion Science，2014，85(8):352-363.

［4］胡松青，郭爱玲，陈生辉，等.氨基酸癸胺衍生物缓蚀性能的理论评价［J］.中国石油大学学报(自然科学版)，2011，35(3):148-153.

［5］谢发之，宣寒.多点位吸附型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成及其缓蚀性能［J］.应用化学，2011，28(1):94-102.

［6］Ayse Ongun Yüce，Basak Dogru Mert，Gülfeza Kardas，etc.Electrochemical and quantum chemical studies of 2-amino-4-methyl-thiazole as corrosion inhibitor for mild steel in HCl solution［J］.Corrosion Science，2014，83(6):310-316.

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［8］Yaroslav G.Avdeev，Yurii I.Kuznetsov，Aleksey K.Buryak.Inhibition of steel corrosion by unsaturated aldehydes in solutions of mineral acids［J］.Corrosion Science，2013，69(4):50-60.

［9］Gennady I.Ostapenko，Pavel A.Gloukhov，Alexander S.Bunev.Investigation of 2-cyclohexenylcyclohexanone as steel corrosion inhibitor and surfactant in hydrochloric acid［J］.Corrosion Science，2014，82(5):265-270.

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［11］钱建华，张思倩，刘琳.五种氨基酸在HCl 溶液中对铜的缓蚀作用［J］.化学通报，2014，77(2):170-173.

［12］安洋，徐强，任志峰，等.工业循环冷却水中不锈钢点蚀缓蚀剂的研究［J］.电镀与精饰，2011，33(7):1-5.

［13］张鹏，罗源军，龚 敏，等.不锈钢在酸性高锰酸钾去污液中的缓蚀剂研究［J］.表面技术，2012，41(2):8-13.

［14］杨榕杰，郭亚，唐方苗，等.模拟混凝土空隙液中D-葡萄糖酸钠复合缓蚀剂对钢筋的阻锈作用［J］.物理化学学报，2012，28(8):1923-1928.

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［16］Sitashree Banerjee，Varsha Srivastava，M.M.Singh.Chemically modified natural polysaccharide as green corrosion inhibitor for mild steel in acidic medium［J］.Corrosion Science，2012，59(5):35-41.