碳钢设备在除垢、酸洗等过程易产生严重的腐蚀,从而造成设备损坏、经济损失,甚至生产事故。使用缓蚀剂是提高碳钢材料耐腐蚀性能最经济有效的方法。随着人们环保意识的提高,绿色环保型缓蚀剂备受人们的关注。聚天冬氨酸（PASP）是一种无毒、可生物降解的环境友好型聚合物,但其在酸性介质中对碳钢的缓蚀性能较差。本文通过在PASP分子链上引进新的功能基团,制备了一系列聚天冬氨酸衍生物,采用失重、电化学方法,辅以X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）,吸附热力学和理论计算等手段,深入研究了这些衍生物在0.5 M H₂SO₄溶液中对20^#碳钢的缓蚀性能。主要的研究工作及结果如下:1.利用氨丙基咪唑、烷基胺、苯乙胺、多巴胺、半胱胺等氨基化合物与聚琥珀酰亚胺反应合成了6种含有功能基团的聚天冬氨酸衍生物。与PASP相比,这些衍生物在0.5 M H₂SO₄溶液中对20^#碳钢的缓蚀效率均有不同程度的提升。以动电位极化检测结果为例,在浓度为100 mg L^-1时,所合成的聚天冬氨酸衍生物对碳钢的缓蚀效率接近或超过90%,而同条件下PASP的缓蚀效率只有71.8%。2.吸附热力学研究表明,聚天冬氨酸及其衍生物在碳钢表面的吸附包含物理吸附和化学吸附,但聚天冬氨酸衍生物吸附过程的吉普斯自由能更小,吸附平衡常数更大,说明带有各种功能基团的衍生物在碳钢表面具有更强的吸附能力。分析聚天冬氨酸衍生物中的功能基团可以发现,咪唑、苯乙胺、多巴胺中的π键,巯基中硫的孤对电子与铁原子空的d轨道均可发生较强的相互作用,这些作用力导致聚天冬氨酸衍生物在碳钢表面的吸附能力增强,从而减弱腐蚀介质对碳钢的侵蚀。另外,烷基链的引入可以在碳钢表面形成疏水层,并对腐蚀离子形成排斥作用,对缓蚀剂性能的提高也有重要的作用。3.碳钢表面的XPS分析表明,在腐蚀介质中含有聚天冬氨酸衍生物时,它们可以在碳钢表面形成吸附层,而SEM分析也可以直观地看出,在聚天冬氨酸衍生物的保护下,碳钢表面被腐蚀的程度明显较弱。4.利用密度泛函理论计算了缓蚀剂的理论参数,从理论的角度分析了聚天冬氨酸以及其衍生物潜在的缓蚀性能。发现改性后的聚天冬氨酸具有更小的带隙能量,更容易给碳钢表面提供电子,因此在碳钢表面可以形成更好的保护膜,具有良好的缓蚀效果。