碳材料纳米缓蚀剂的制备与作用机理研究
作者单位：华中科技大学金属腐蚀与防护研究所 广州大学清洁能源材料研究所
会议名称：《第二十二届全国缓蚀剂与水处理学术讨论会》
会议日期：2022年
学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：纳米碳材料由于良好的生物相容性已在环境保护和医学领域得到大量研究,也引起腐蚀工作者的关注。目的制备缓蚀性能优异的纳米碳材料并系统研究其缓蚀作用机理,进而揭示纳米材料与传统缓蚀剂的作用行为差异,对于在纳米材料领域开发新型绿色缓蚀剂具有重要指导意义,同时也有助于完善缓蚀剂学科体系。方法本文采用水热法合成零维N、S共掺杂的碳量子点(N, S-CDs);利用水热修饰法引入酰胺等活性基团制备一维碳纳米管(FCNTs);利用化学偶联法接枝极性小分子制备功能二维氧化石墨烯(FGO)。结果三种纳米碳材料在不同腐蚀介质中,对碳钢、铝等金属均表现出优异的缓蚀性能。功能化的纳米碳材料外层具有大量的极性基团,能与碳钢通过化学吸附作用结合。纳米粒子间的相互作用促使粒子在溶液中发生团聚,形成更大尺寸的沉积物覆盖在金属表面,最终形成特殊的微纳结构保护层。各种保护膜皆具有明显的疏水效应,理论计算证实其对腐蚀介质的扩散具有显著的抑制作用。N, SCD的加入会对金属界面双电层产生显著影响,一方面促使双电层结构变化,界面电容值发生较大改变;另一方面引起双电层电荷的重新排布,从而提高静电引力并增强物理吸附作用,最终导致腐蚀电位发生显著变化。针对纳米碳材料特殊的吸附行为,本研究引入的三参数Redlich–Peterson方程能对FCNTs和FGO的吸附过程进行较精确的拟合,且能辅助评价粒子吸附的差异化程度。利用N, S-CDs的荧光特性,可以原位观察粒子在金属表面的吸附位点和分布,动态评价界面活性区和纳米粒子向界面迁移吸附的状态,为缓蚀剂原位表征提供新思路。结论对比分析三种不同维度纳米碳材料的缓蚀行为及作用机制,研究发现在相似的介质环境中,纳米碳材料的缓蚀性能随粒子维度增大而减小。碳钢界面保护膜随纳米碳材料维度增大而增厚,但其致密度却逐渐降低。纳米碳材料与碳钢的化学吸附作用随粒子维度增大而减弱,但物理覆盖作用逐渐增强。