植酸作为缓蚀剂的研究进展

植酸作为缓蚀剂的研究进展

0植酸id随着经济和社会的发展，利用水资源的经济和环境保护的水处理技术得到了迅速发展。国内外的研究机构主要集中在新环境友好水处理缓冲剂的研究和开发上。近年来，另一种绿色缓冲剂-植酸研究引起了国内外的兴趣。相关研究也取得了迅速发展，并在其应用和范围上不断扩大。本文在此基础上对植酸作为缓蚀剂的研究进展进行了综述,并提出了自组装技术和复配技术可作为植酸缓蚀剂发展的重要方向。本文介绍的缓蚀阻垢剂植酸(phyticacid)是从粮食作物中提取的一种天然生物。植酸存在于油类和谷类种子中,以米糠或麦麸为原料,经稀酸浸泡后过滤,用石灰和氢氧化钠中和、沉淀,再用离子交换树脂进行酸化交换、减压浓缩、脱色和过滤得到一种淡黄色浆状液体。植酸乃肌醇六磷酸脂,由于它独特的分子结构、理化性能和天然无毒特性,是一种绿色缓蚀剂,在食品、医药、化工、冶金、机械和环保等诸多领域得到越来越广泛的应用。植酸对Fe3+、Cu2+、Zn2+等有着特别强的螯合能力,自70年代末以来,一直受到青睐,但作为缓蚀剂的研究并不多。其结构如图1所示,分子结构中具有能同金属配合的24个氧原子、12个羟基和6个磷酸基,6个磷酸基只有一个处在a位,其它5个均在e位上,其中有4个磷酸基处于同一平面上,所以植酸易溶于水,表现出较强的酸性。植酸是一种少见的金属多齿螯合剂,在水溶液中易发生电离出氢离子,电离后其带负电荷,当金属与其接触时,金属易失去电子,带正电荷。又由于植酸分子具有6个磷酸基,每个磷酸基中的氧原子都可以作为配位原子和金属离子进行螯合,故其极易与金属表面呈正电性的金属离子结合,在金属表面发生化学吸附,同金属络合形成很稳定的络合物。作为电镀添加剂、水溶性介质中金属缓蚀剂、防腐蚀涂料添加剂、镀锌和镀锡材的钝化剂的应用已有报道,一般认为植酸可在金属表层形成坚固致密的单分子保护膜,抑制金属的氧化腐蚀。植酸在金属防护处理中的广泛应用,能大幅度提高产品质量,降低生产成本,减少环境污染,产生一定的经济效益和社会效益。1植酸作为循环冷却水系统的缓蚀剂王强等采用失重法和极化曲线法研究了植酸盐对16锰钢的缓蚀作用。结果表明,在原油与3.5%NaCl溶液组成的混合介质中,当加入100mg/L植酸盐时,植酸盐对该钢有较强的缓蚀作用,缓蚀率达85.8%;当植酸盐与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及聚乙二醇辛基苯基醚(POPE)复配后,缓蚀效果更佳;植酸盐、SDBS及POPE的最佳复配浓度为100mg/L∶25mg/L∶25mg/L,此时缓蚀率达96.1%。植酸在循环冷却水系统中使用还具有阻垢作用。郗丽娟等通过鼓泡法和旋转腐蚀挂片失重法对其阻垢性能和缓蚀性能进行了研究。结果表明植酸的阻垢性能虽比常用的药剂PBTCA、HEDP、HPMA稍差,但可通过同其他药剂复配生成低磷或无磷的阻垢剂,是较有发展前景的绿色缓蚀阻垢产品。植酸除了在循环冷却水系统中使用外,还可作为气相防锈纸缓蚀剂使用。齐勇等通过在植酸中加入氨水后不同pH值的气相缓蚀试验和在不同涂布量时的腐蚀失重试验,确定植酸作为气相防锈纸缓蚀剂使用时的最佳pH值为9左右,涂布量为20~30g/m2。以亚硝酸二环己胺为参照,通过密闭空间挥发减量试验、气相快速甄别试验和湿热试验对其缓蚀性能进行了研究,结果表明植酸对黑色金属、镀锡钢板、镀锌钢板等缓蚀效果良好,优于亚硝酸二环己胺,但涂布量过高或过低时,容易引起腐蚀,是危险型缓蚀剂。2自组装膜缓蚀作用机理研究表明植酸及其盐是比铜材常用缓蚀剂苯并噻唑及其衍生物更有效的铜腐蚀阻止剂,当向含3mg/LCl-、温度为60℃的循环冷却水中加入一定量植酸时其腐蚀电位会突然变正并能有效地阻止铜的腐蚀。植酸及其盐对铜及铜合金的缓蚀作用与介质的pH值有一定的关系,在硼酸及其钠盐水溶液中当pH>9.2时,植酸对铜和铜锌合金均有缓蚀作用;当pH<9.2时,只对铜有缓蚀作用而对铜锌合金没有缓蚀作用。在缓蚀剂使用中还可以采用自组装技术在金属表面形成自组装膜,自组装膜(SAMs)是在固体基底表面上借助化学键合自发地形成的有序分子膜,将缓蚀剂分子自组装在金属表面,形成致密、有序的单分子膜即可阻挡环境介质对基底的侵蚀,保护基底金属免遭腐蚀。与传统的缓蚀技术相比,具有缓蚀剂用量少、缓蚀效率高的特点.在已报道的SAMs防腐蚀研究体系中,大多以硫醇类化合物防护Cu、Au、Fe等金属为主,本课题组首次采用自组装技术在白铜B30表面制备了植酸自组装单分子膜(SAMs),研究了该膜在3%NaCl中对白铜B30的缓蚀作用。交流阻抗法和极化曲线法测量表明,在酸性和碱性环境中,植酸SAMs对白铜B30均有良好的缓蚀效果,其对白铜B30的缓蚀效果在酸性环境中要优于碱性环境;且组装时问6h效果最好,缓蚀率为84.87%,分析表明其缓蚀机理为化学吸附过程。植酸对B30中的铜有很强的络合能力,易在铜表面形成一层致密的单分子保护膜,能有效阻止氧离子等进入金属表面,从而减缓了B30的腐蚀。图1为B30电极在10-2mol/L的植酸自组装液中组装不同时间后在3%NaCl溶液中的交流阻抗谱,该阻抗谱均呈一半圆形,半圆与Z′轴上的弦长对应于B30电极的膜电阻Rf,Rf越大,说明缓蚀效果越好,可以看出,随着组装时间从0h增加到6h,对应的阻抗谱图弦长增加,Rf越大,缓蚀效果越好,超过6h后,则呈下降趋势,说明植酸SAMs对B30电极有良好的缓蚀效果,组装时间以6h时为宜,与光电化学测量得到的结论一致。本课题组最近又采用电化学和光电化学方法研究了植酸自组装单分子膜(SAMs)对黄铜的缓蚀作用,结果表明,植酸分子易在黄铜表面形成稳定的植酸SAMs,光电化学测试黄铜表面膜显示p-型光响应,光响应来自电极表面的Cu2O层,植酸SAMs的形成使其光响应明显减弱,有良好的缓蚀效果,这与交流阻抗测量得到的结论一致,同时微分电容曲线表明植酸SAMs的形成改变了电极双电层结构,使得电容值减小,其缓蚀机理为化学吸附过程。3最佳处理配方的确定LiuJian-rui等采用化学转化膜的形式将植酸应用于镁合金的表面防护上。研究表明植酸处理液的浓度、pH值、温度和处理时间对镁合金的耐蚀性能都有重要影响,得到的最佳处理配方是:0.5%~1%植酸在25~60℃和pH3~5时处理30~60min,经此处理后的AZ91D镁合金在3.5%NaCl