磁性纳米复合缓蚀剂的制备、控释行为与缓蚀机制研究

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海水循环冷却技术以其资源丰富、环境污染小、可节约淡水资源等优点引起了人们的关注。而常用金属设备碳钢在循环冷却海水中的腐蚀是一个严重而不可忽视的问题。目前,多功能负载型缓蚀剂由于可以实现缓蚀剂的持续释放,延长对碳钢的保护作用,引起人们的广泛关注。本文以超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4)为磁源,设计了核壳结构的水滑石基磁性纳米复合缓蚀剂、磁性壳聚糖负载型缓蚀剂以及核壳一体结构的中空介孔Fe3O4微球负载型缓蚀剂。将磁性与纳米容器的特点相结合制备了多功能复合缓蚀剂以期实现缓蚀剂的磁控释放、循环利用以及高效缓蚀。(1)采用离子交换法合成了核壳结构的超顺磁性复合缓蚀剂Fe3O4@Mo O4-LDHs和Fe3O4@MBT-LDHs,采用共沉淀法制备核壳结构的复合缓蚀剂Fe3O4@Zn Al Ce-Mo O4-LDHs。制备的复合缓蚀剂具有磁控释放性能,在磁场下释放速率减慢,同时缓蚀作用时间延长。在无磁场模式下,释放机制主要是LDHs层间扩散和壳层LDHs颗粒间扩散。施加磁场模式下,复合缓蚀剂的释放机制为LDHs层间扩散、LDHs粒子间扩散和磁性纳米粒子间的扩散。三种复合缓蚀剂对碳钢的缓蚀效率分别为78.9%、93.6%和89.1%,多次循环后仍具有良好的缓蚀性能。(2)采用离子凝胶法制备了核壳结构的超顺磁性Fe3O4/CS/inhibitors复合缓蚀剂,提高了缓蚀剂负载量和缓蚀效率。当壳聚糖浓度为2.0 mg/m L、壳聚糖与三聚磷酸钠质量比为6以及三聚磷酸钠浓度为1.50 mg/m L时缓蚀剂负载量最高,其中缓蚀剂Mo O42-和苯甲酸根(C6H5COO-)负载量分别达到34.8%和22.1%。复合缓蚀剂具有磁控释放性能,外加磁场可以延缓两种缓蚀剂的释放,使其释放时间延长至48 h。在无磁场模式下,Fe3O4/CS/inhibitors的释放主要受离子交换和Fickian扩散控制,而在磁场作用下,缓蚀剂的释放机制为离子交换、菲克(Fickian)扩散和磁性纳米颗粒之间的扩散。复合缓蚀剂Fe3O4/CS/inhibitors对碳钢的缓蚀效率高达95.6%。此外,制备过程中的壳聚糖浓度、壳聚糖与三聚磷酸钠质量比以及三聚磷酸钠浓度三个制备条件主要通过影响释放路径影响复合物的释放行为。(3)采用溶剂热法制备中空磁性Fe3O4微球,并利用浸渍法负载二巯基苯并噻唑(MBT)缓蚀剂,合成超顺磁性核壳一体结构的Fe3O4/MBT复合缓蚀剂,实现了复合缓蚀剂的多功能化。该复合缓蚀剂中MBT负载量为55.4%,且具有磁控释放性能,在1350 Gs磁场强度下释放37.66 h时释放量仅为10%。在无磁场模式下,释放机制主要是Fickian扩散,而施加磁场模式下释放机制主要是Fickian扩散和磁性纳米粒子之间扩散。复合缓蚀剂对碳钢缓蚀效率高达95.7%,且具有良好的循环利用性能,五次循环后缓蚀剂负载量为45.1%,缓蚀效率为78.8%。(4)为了进一步提高中空Fe3O4微球的负载量,利用草酸溶液对其进行刻蚀,并采用浸渍法负载MBT缓蚀剂。随刻蚀剂草酸浓度的增高,微球空腔和孔径变大。当草酸浓度为7.0 mg/m L时微球缓蚀剂负载量最高,可达到77.6%。此外,缓蚀剂的释放速率随刻蚀剂草酸浓度增大而提高,且释放行为具有磁控释放性能。制备的中空Fe3O4微球可以负载多种缓蚀剂如铈离子(Ce3+)、苯并三氮唑(BTA)和Mo O42-,且皆具有磁控释放性能和良好的缓蚀性能。
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