植酸作為緩蝕劑的研究進(jìn)展

植酸作為緩蝕劑的研究進(jìn)展

0植酸id隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，利用水資源的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的水處理技術(shù)得到了迅速發(fā)展。國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)主要集中在新環(huán)境友好水處理緩沖劑的研究和開發(fā)上。近年來，另一種綠色緩沖劑-植酸研究引起了國內(nèi)外的興趣。相關(guān)研究也取得了迅速發(fā)展，并在其應(yīng)用和范圍上不斷擴(kuò)大。本文在此基礎(chǔ)上對(duì)植酸作為緩蝕劑的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,并提出了自組裝技術(shù)和復(fù)配技術(shù)可作為植酸緩蝕劑發(fā)展的重要方向。本文介紹的緩蝕阻垢劑植酸(phyticacid)是從糧食作物中提取的一種天然生物。植酸存在于油類和谷類種子中,以米糠或麥麩為原料,經(jīng)稀酸浸泡后過濾,用石灰和氫氧化鈉中和、沉淀,再用離子交換樹脂進(jìn)行酸化交換、減壓濃縮、脫色和過濾得到一種淡黃色漿狀液體。植酸乃肌醇六磷酸脂,由于它獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)、理化性能和天然無毒特性,是一種綠色緩蝕劑,在食品、醫(yī)藥、化工、冶金、機(jī)械和環(huán)保等諸多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。植酸對(duì)Fe3+、Cu2+、Zn2+等有著特別強(qiáng)的螯合能力,自70年代末以來,一直受到青睞,但作為緩蝕劑的研究并不多。其結(jié)構(gòu)如圖1所示,分子結(jié)構(gòu)中具有能同金屬配合的24個(gè)氧原子、12個(gè)羥基和6個(gè)磷酸基,6個(gè)磷酸基只有一個(gè)處在a位,其它5個(gè)均在e位上,其中有4個(gè)磷酸基處于同一平面上,所以植酸易溶于水,表現(xiàn)出較強(qiáng)的酸性。植酸是一種少見的金屬多齒螯合劑,在水溶液中易發(fā)生電離出氫離子,電離后其帶負(fù)電荷,當(dāng)金屬與其接觸時(shí),金屬易失去電子,帶正電荷。又由于植酸分子具有6個(gè)磷酸基,每個(gè)磷酸基中的氧原子都可以作為配位原子和金屬離子進(jìn)行螯合,故其極易與金屬表面呈正電性的金屬離子結(jié)合,在金屬表面發(fā)生化學(xué)吸附,同金屬絡(luò)合形成很穩(wěn)定的絡(luò)合物。作為電鍍添加劑、水溶性介質(zhì)中金屬緩蝕劑、防腐蝕涂料添加劑、鍍鋅和鍍錫材的鈍化劑的應(yīng)用已有報(bào)道,一般認(rèn)為植酸可在金屬表層形成堅(jiān)固致密的單分子保護(hù)膜,抑制金屬的氧化腐蝕。植酸在金屬防護(hù)處理中的廣泛應(yīng)用,能大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,減少環(huán)境污染,產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1植酸作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的緩蝕劑王強(qiáng)等采用失重法和極化曲線法研究了植酸鹽對(duì)16錳鋼的緩蝕作用。結(jié)果表明,在原油與3.5%NaCl溶液組成的混合介質(zhì)中,當(dāng)加入100mg/L植酸鹽時(shí),植酸鹽對(duì)該鋼有較強(qiáng)的緩蝕作用,緩蝕率達(dá)85.8%;當(dāng)植酸鹽與十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)及聚乙二醇辛基苯基醚(POPE)復(fù)配后,緩蝕效果更佳;植酸鹽、SDBS及POPE的最佳復(fù)配濃度為100mg/L∶25mg/L∶25mg/L,此時(shí)緩蝕率達(dá)96.1%。植酸在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用還具有阻垢作用。郗麗娟等通過鼓泡法和旋轉(zhuǎn)腐蝕掛片失重法對(duì)其阻垢性能和緩蝕性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明植酸的阻垢性能雖比常用的藥劑PBTCA、HEDP、HPMA稍差,但可通過同其他藥劑復(fù)配生成低磷或無磷的阻垢劑,是較有發(fā)展前景的綠色緩蝕阻垢產(chǎn)品。植酸除了在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用外,還可作為氣相防銹紙緩蝕劑使用。齊勇等通過在植酸中加入氨水后不同pH值的氣相緩蝕試驗(yàn)和在不同涂布量時(shí)的腐蝕失重試驗(yàn),確定植酸作為氣相防銹紙緩蝕劑使用時(shí)的最佳pH值為9左右,涂布量為20~30g/m2。以亞硝酸二環(huán)己胺為參照,通過密閉空間揮發(fā)減量試驗(yàn)、氣相快速甄別試驗(yàn)和濕熱試驗(yàn)對(duì)其緩蝕性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明植酸對(duì)黑色金屬、鍍錫鋼板、鍍鋅鋼板等緩蝕效果良好,優(yōu)于亞硝酸二環(huán)己胺,但涂布量過高或過低時(shí),容易引起腐蝕,是危險(xiǎn)型緩蝕劑。2自組裝膜緩蝕作用機(jī)理研究表明植酸及其鹽是比銅材常用緩蝕劑苯并噻唑及其衍生物更有效的銅腐蝕阻止劑,當(dāng)向含3mg/LCl-、溫度為60℃的循環(huán)冷卻水中加入一定量植酸時(shí)其腐蝕電位會(huì)突然變正并能有效地阻止銅的腐蝕。植酸及其鹽對(duì)銅及銅合金的緩蝕作用與介質(zhì)的pH值有一定的關(guān)系,在硼酸及其鈉鹽水溶液中當(dāng)pH>9.2時(shí),植酸對(duì)銅和銅鋅合金均有緩蝕作用;當(dāng)pH<9.2時(shí),只對(duì)銅有緩蝕作用而對(duì)銅鋅合金沒有緩蝕作用。在緩蝕劑使用中還可以采用自組裝技術(shù)在金屬表面形成自組裝膜,自組裝膜(SAMs)是在固體基底表面上借助化學(xué)鍵合自發(fā)地形成的有序分子膜,將緩蝕劑分子自組裝在金屬表面,形成致密、有序的單分子膜即可阻擋環(huán)境介質(zhì)對(duì)基底的侵蝕,保護(hù)基底金屬免遭腐蝕。與傳統(tǒng)的緩蝕技術(shù)相比,具有緩蝕劑用量少、緩蝕效率高的特點(diǎn).在已報(bào)道的SAMs防腐蝕研究體系中,大多以硫醇類化合物防護(hù)Cu、Au、Fe等金屬為主,本課題組首次采用自組裝技術(shù)在白銅B30表面制備了植酸自組裝單分子膜(SAMs),研究了該膜在3%NaCl中對(duì)白銅B30的緩蝕作用。交流阻抗法和極化曲線法測量表明,在酸性和堿性環(huán)境中,植酸SAMs對(duì)白銅B30均有良好的緩蝕效果,其對(duì)白銅B30的緩蝕效果在酸性環(huán)境中要優(yōu)于堿性環(huán)境;且組裝時(shí)問6h效果最好,緩蝕率為84.87%,分析表明其緩蝕機(jī)理為化學(xué)吸附過程。植酸對(duì)B30中的銅有很強(qiáng)的絡(luò)合能力,易在銅表面形成一層致密的單分子保護(hù)膜,能有效阻止氧離子等進(jìn)入金屬表面,從而減緩了B30的腐蝕。圖1為B30電極在10-2mol/L的植酸自組裝液中組裝不同時(shí)間后在3%NaCl溶液中的交流阻抗譜,該阻抗譜均呈一半圓形,半圓與Z′軸上的弦長對(duì)應(yīng)于B30電極的膜電阻Rf,Rf越大,說明緩蝕效果越好,可以看出,隨著組裝時(shí)間從0h增加到6h,對(duì)應(yīng)的阻抗譜圖弦長增加,Rf越大,緩蝕效果越好,超過6h后,則呈下降趨勢,說明植酸SAMs對(duì)B30電極有良好的緩蝕效果,組裝時(shí)間以6h時(shí)為宜,與光電化學(xué)測量得到的結(jié)論一致。本課題組最近又采用電化學(xué)和光電化學(xué)方法研究了植酸自組裝單分子膜(SAMs)對(duì)黃銅的緩蝕作用,結(jié)果表明,植酸分子易在黃銅表面形成穩(wěn)定的植酸SAMs,光電化學(xué)測試黃銅表面膜顯示p-型光響應(yīng),光響應(yīng)來自電極表面的Cu2O層,植酸SAMs的形成使其光響應(yīng)明顯減弱,有良好的緩蝕效果,這與交流阻抗測量得到的結(jié)論一致,同時(shí)微分電容曲線表明植酸SAMs的形成改變了電極雙電層結(jié)構(gòu),使得電容值減小,其緩蝕機(jī)理為化學(xué)吸附過程。3最佳處理配方的確定LiuJian-rui等采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的形式將植酸應(yīng)用于鎂合金的表面防護(hù)上。研究表明植酸處理液的濃度、pH值、溫度和處理時(shí)間對(duì)鎂合金的耐蝕性能都有重要影響,得到的最佳處理配方是:0.5%~1%植酸在25~60℃和pH3~5時(shí)處理30~60min,經(jīng)此處理后的AZ91D鎂合金在3.5%NaCl