微纳米容器负载型缓蚀剂的制备及对碳钢的缓蚀性能研究

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受淡水资源危机的影响,我国沿海地区循环冷却系统直接采用海水作为冷却介质,以减少淡水资源的消耗,其已经广泛应用于化工、冶金、电力、石化等行业。然而,由于海水含盐量高且成分复杂,碳钢在海水中的腐蚀尤为严重,给工业生产造成了巨大的经济损失。目前,负载型缓蚀剂既能避免缓蚀剂因过早接触腐蚀介质而失效,还可以延长其释放时间,是抑制碳钢腐蚀既简单且有效的方法。因此,寻求新型高效的负载型缓蚀剂成为当下研究的热点。本文选择海藻酸钙(Ca-Alg)凝胶微球、埃洛石纳米管(HNTs)以及还原氧化石墨烯(RGO)和蒙脱土(MMT)作微纳米容器负载缓蚀剂,设计制备出多种负载型缓蚀剂;并通过将两种不同的缓蚀剂负载到同一种微纳米容器中,使其对碳钢表现出高效的缓蚀性能;同时利用微纳米容器表面的包覆作用来继续延长缓蚀剂的释放时间,以达到持续释放的目的。(1)采用锐孔凝固浴-冷冻干燥法制备了Cu-BTA-Ca-Alg凝胶微球,其中Cu-BTA包覆层能够有效地控制苯并三氮唑(BTA)的释放速率,在3600 min时BTA的释放量不足50%。考虑到冷冻干燥法与常温干燥法得到Ca-Alg凝胶微球内部结构的差异,采用锐孔凝固浴-常温干燥法制备了Na2MoO4-Ca-Alg凝胶微球,其中MoO42-在水中的释放速率很慢,在3000 min时释放量只有30%左右;而在3.5%Na Cl溶液中,由于存在离子交换作用导致MoO42-快速释放且完全释放时间为3000 min。(2)采用负压法制备了Ca-Na2MoO4-HNTs负载型缓蚀剂,其不仅可以延长MoO42-的释放时间超过600 min,还能表现出p H响应性,即在酸性条件下可快速释放出MoO42-。为了提高缓蚀剂对碳钢的缓蚀效率,研究了两种高效的具有p H响应性的负载型缓蚀剂Cu-BTA-Na2MoO4-HNTs和Cu-BTA-MBT-HNTs,其管内缓蚀剂的释放时间均可超过4000 min,而且由于其中两种缓蚀剂间协同效应对Q235碳钢的缓蚀效率分别可以达到74.26%和72.70%。另外酸处理可以提高HNTs对缓蚀剂的负载量,如酸处理32 h的HNTs对2-琉基苯并噻唑(MBT)的负载量由10%提升至32%左右,这可能与酸刻蚀掉HNTs的[AlO6]内层后形成新的微孔有关。(3)通过水热法将ZnMoO4负载到RGO上得到ZnMoO4/RGO负载型缓蚀剂,其中ZnMoO4的负载量可达到91.59%,且对酸或氨水具有响应性,即在酸性或氨水溶液中MoO42-的释放速率明显加快。另外由于RGO、MoO42-和Zn2+间协同作用在碳钢表面生成了致密的抑制膜,其对Q235碳钢的缓蚀效率在72 h时达到87.25%。(4)通过离子交换技术制备了具有酸、碱、盐多重敏感性的8HQ-MMT负载型缓蚀剂。其中8-羟基喹啉(8HQ)在水中的释放速率很慢,而在酸、碱和Na Cl溶液中的释放速度明显加快。
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