緩蝕劑進(jìn)展與展望
1.開(kāi)發(fā)綠色天然緩蝕劑
目前所用的緩蝕劑以無(wú)機(jī)緩蝕劑和人工合成的有機(jī)緩蝕劑較多，相當(dāng)一部分存在一定毒性。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和環(huán)境保護(hù)法的嚴(yán)格限制，人們希望開(kāi)發(fā)一種高效、低毒的新型緩蝕劑來(lái)取代那些緩蝕劑。而綠色天然緩蝕劑將是一種很好的選擇。
植物是天然緩蝕劑的一個(gè)重要來(lái)源，由于其天然及環(huán)境友好的特性一直是國(guó)內(nèi)外科學(xué)家熱衷的研究對(duì)象。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)用各種不同的方法從油橄欖葉、大蒜、海帶、迷迭香葉、黃連、樟樹(shù)葉、綠茶葉、油菜籽、竹葉等天然物質(zhì)中提取相應(yīng)的成份、研究了它們?cè)谒嵝�、中性、堿性的環(huán)境中對(duì)金屬的緩蝕作用，取得了一定的進(jìn)展。關(guān)于動(dòng)物提取物作為緩蝕劑的研究較少，為數(shù)不多的研究集中在河蚌水解產(chǎn)物、魚(yú)內(nèi)臟水解產(chǎn)物、人類(lèi)的頭發(fā)、雞蛋的水解產(chǎn)物等物質(zhì)上。
從天然動(dòng)植物中提取緩蝕劑不僅對(duì)環(huán)境友好，而且可以實(shí)現(xiàn)資源的合理優(yōu)化配置，同時(shí)，各種天然提取緩蝕劑間還可以進(jìn)行復(fù)配，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、價(jià)格低廉的高效綠色緩蝕劑。
2.利用廢棄物制備緩蝕劑
利用廢棄物制備緩蝕劑可以達(dá)到變廢為寶的目的。例如利用生物廢料豆渣，采用浸漬方法制備氨基酸類(lèi)緩蝕劑，利用化工生產(chǎn)下腳料制備緩蝕劑，用胱氨酸廢水制備緩蝕劑等。這樣不僅為廢棄物的綜合利用開(kāi)辟了新的途徑，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
3.高效緩蝕劑的開(kāi)發(fā)
提高緩蝕劑的緩蝕性能，減少緩蝕劑的添加量，不僅有助于降低緩蝕劑的使用成本，而且可以減少緩蝕劑對(duì)系統(tǒng)介質(zhì)的影響。隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，緩蝕劑科學(xué)技術(shù)也得到了進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外的腐蝕和防腐工作者研究和開(kāi)發(fā)的緩蝕劑向無(wú)毒、可生物降解、環(huán)保方向發(fā)展。高效緩蝕劑的研究呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：
(1)進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有緩蝕劑進(jìn)行改性研究，提高其緩蝕性能。無(wú)論是有機(jī)緩蝕劑、無(wú)機(jī)緩蝕劑還是從生物體中提取的天然緩蝕劑，都可以從其結(jié)構(gòu)或者化合態(tài)等方面進(jìn)行改性，得到針對(duì)性強(qiáng)、緩蝕性能高的緩蝕劑。
(2)對(duì)現(xiàn)有的緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配研究，得到一種多功能的緩蝕劑，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化利用。目前，復(fù)配是尋找高效緩蝕劑已經(jīng)成為研究中的一種重要的手段，但其中的復(fù)配機(jī)理、緩蝕劑間的相互作用尚有待進(jìn)一步完善。
(3)大力探索從天然植物、海產(chǎn)動(dòng)植物中，提取、分離、加工新型緩蝕的有效成分，同時(shí)加強(qiáng)人工合成多功能基的低毒或無(wú)毒的有機(jī)高分子型緩蝕劑的研究工作。
(4)運(yùn)用量子化學(xué)理論和分子設(shè)計(jì)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)合成高效多功能環(huán)境保護(hù)的高分子型有機(jī)緩蝕劑。
4.多功能緩蝕劑的研發(fā)
在一些使用緩蝕劑的介質(zhì)中，除了添加緩蝕劑外往往還需要添加其他的一些化學(xué)藥劑。例如，在鋼廠酸洗工藝中，既要添加緩蝕劑防止酸液對(duì)金屬基體的腐蝕還要添加抑霧劑抑制酸霧的揮發(fā)；污水介質(zhì)中，既要添加污水緩蝕劑防止污水介質(zhì)對(duì)金屬管道的腐蝕，還需要添加殺菌劑對(duì)細(xì)菌進(jìn)行殺滅以及添加阻垢劑防止污垢生成堵塞管道……。如果開(kāi)發(fā)出多功能緩蝕劑，使開(kāi)發(fā)的緩蝕劑同時(shí)具備其他的一些功效，這不僅大大節(jié)省成本，而且使用效率更高。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在多功能緩蝕劑開(kāi)發(fā)方面做了部分工作。
例如水溶性咪唑啉衍生物是一種新型緩蝕劑，它對(duì)于碳鋼、合金鋼、銅、鋁等多種金屬有優(yōu)良的緩蝕性能。以咪唑啉緩蝕劑為主的多組分復(fù)配體系，具有緩蝕、抑霧、促洗的多功能特點(diǎn)。在含硫、磷的化合物中引入咪唑啉等基團(tuán)，從而獲得具有防銹性能的硫-磷型添加劑。這樣所研制出的硫-磷型添加劑同時(shí)具有良好的防銹、潤(rùn)滑和抗氧化性能。絮凝-緩蝕劑是指在水處理中兼有強(qiáng)化固液分離和減緩腐蝕兩種功能的水處理劑。在油田采油中，部分油井產(chǎn)出介質(zhì)中地層水礦化度高，Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-、H2S及SRB含量高，pH值低，這種產(chǎn)出介質(zhì)具有很高的腐蝕和結(jié)垢傾向。油井同時(shí)投加單向緩蝕劑和阻垢劑，既增加生產(chǎn)成本又增加工作量，而且必須解決阻垢劑和緩蝕劑的配伍問(wèn)題，因此，針對(duì)油井腐蝕、結(jié)垢等影響因素，研究具有緩蝕和阻垢性能的緩蝕阻垢劑具有重要意義。
5.苛刻環(huán)境下的緩蝕劑研發(fā)
目前在一些極端苛刻環(huán)境下，還沒(méi)有成熟的緩蝕劑能夠有效地抑制介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕，因而有必要研發(fā)出能夠在這些苛刻環(huán)境下發(fā)揮功效的緩蝕劑。
例如隨著資源利用的深入，比如油氣田的不斷開(kāi)發(fā)，井下溫度越來(lái)越高，對(duì)酸化緩蝕劑的要求也越來(lái)越高，需要能夠滿足超高溫度環(huán)境的酸化緩蝕劑。
用于高含H2S、CO2的油氣田的緩蝕劑，加拿大開(kāi)發(fā)了胺類(lèi)、吡啶和咪唑啉類(lèi)緩蝕劑，SHELL公司開(kāi)發(fā)了合成酸/多胺縮合物緩蝕劑，Cortec和Baker Petrolite公司研究的咪唑啉緩蝕劑，在高含硫環(huán)境中都發(fā)揮了十分有效的防腐作用。我國(guó)四川氣田在上世紀(jì)六十年代初，便應(yīng)用緩蝕劑抑制氣井的硫化氫腐蝕。四川天然氣研究院和四川石油管道設(shè)計(jì)院與中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所等單位合作，開(kāi)展應(yīng)用緩蝕劑抑制硫化氫腐蝕研究，研究發(fā)現(xiàn)頁(yè)氮、粗吡啶、4-甲基吡啶釜?dú)埖饶苡行б种屏蚧瘹涓g。四川天然氣研究院開(kāi)發(fā)了川天系列緩蝕劑，在四川氣田應(yīng)用，對(duì)硫化氫腐蝕有較好的抑制作用。但是適用于更高溫度及更高壓力下的H2S、CO2緩蝕劑還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。
6.緩蝕劑效果的快速評(píng)價(jià)
石油天然氣工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，由于介質(zhì)的礦化度高，含硫化氫、二氧化碳，腐蝕嚴(yán)重，給油田生產(chǎn)造成了巨大的損失，為了有效的控制腐蝕需及時(shí)了解系統(tǒng)介質(zhì)的腐蝕性，投加緩蝕劑的效果。經(jīng)典的失重法測(cè)試時(shí)間太長(zhǎng)，特別是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)緩蝕劑的質(zhì)量檢測(cè)，由于油田生產(chǎn)的環(huán)境與工況要求，不能及時(shí)的檢測(cè)緩蝕劑的質(zhì)量，導(dǎo)致部分效果差的緩蝕劑進(jìn)入生產(chǎn)，不但造成浪費(fèi)而且不能時(shí)腐蝕得到控制，影響正常生產(chǎn)。因此，迫切需要快速測(cè)定介質(zhì)的腐蝕性。
目前對(duì)緩蝕劑的快速評(píng)價(jià)多用電化學(xué)方法，或者是使用電化學(xué)儀器檢測(cè)。在研究的眾多電化學(xué)方法中，對(duì)于酸性緩蝕劑來(lái)說(shuō)，恒電量法的優(yōu)勢(shì)明顯，恒電量法不僅能迅速地測(cè)得 Rp 、Cd 值，而且可以獲得 Stern 公式中的 B 值，直接計(jì)算實(shí)際狀態(tài)下的腐蝕電流，能夠更加直接、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)酸性緩蝕劑。使用電化學(xué)腐蝕測(cè)定儀簡(jiǎn)便、快速，但從前期的測(cè)試數(shù)據(jù)反映：電化學(xué)腐蝕測(cè)定儀的測(cè)試數(shù)據(jù)誤差大，重現(xiàn)性差。為了了解電化學(xué)腐蝕測(cè)試儀的適應(yīng)性，有研究者開(kāi)展了用電化學(xué)腐蝕測(cè)試儀測(cè)試不同介質(zhì)的腐蝕性，考察電化學(xué)腐蝕測(cè)試儀在不同介質(zhì)中測(cè)試數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性，提出適應(yīng)電化學(xué)腐蝕測(cè)試儀測(cè)試的方法與條件，力求解決現(xiàn)場(chǎng)腐蝕快速測(cè)試問(wèn)題。
7.利用分子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)緩蝕劑
基于量子化學(xué)計(jì)算等理論工具，通過(guò)分子設(shè)計(jì)，利用化學(xué)合成手段得到高性能的緩蝕劑分子，這不僅可以節(jié)省大量的時(shí)間與資源，同時(shí)對(duì)緩蝕劑理論有促進(jìn)作用。
設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)更多緩蝕性能好、適應(yīng)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益顯著的緩蝕劑對(duì)于應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境尤為重要。傳統(tǒng)的緩蝕劑研制方法是建立在猜測(cè)和大量實(shí)驗(yàn)篩選的基礎(chǔ)上的，存在著一系列的問(wèn)題：成本太高，研發(fā)周期太長(zhǎng)，工作帶有一定的盲目性。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型緩蝕劑迫切需要理論指導(dǎo)。
隨著量子化學(xué)理論研究的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件水平的進(jìn)步，為新型緩蝕劑的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供了方向，通過(guò)構(gòu)建緩蝕劑的定量結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系（QSAR）模型，設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)、合成新型高效緩蝕劑。QSAR模型指所研究的化合物的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量關(guān)系，其中，化合物的性質(zhì)的數(shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)得出，結(jié)構(gòu)參數(shù)變量為實(shí)驗(yàn)測(cè)定或理論計(jì)算所得的物化參數(shù)、量化參數(shù)或幾何圖形參數(shù)，如分子體積、密度、熵、焓、分子表面積、疏水參數(shù)、軌道能量、電荷密度、極化率、偶極矩、自由價(jià)、離域能、分子連接指數(shù)等。
在設(shè)計(jì)具有特定功能的緩蝕劑分子時(shí)，必須考慮到影響緩蝕劑作用的因素范圍，需要從緩蝕劑的分子結(jié)構(gòu)、金屬界面、腐蝕介質(zhì)三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行討論。配位化學(xué)理論對(duì)選擇有機(jī)緩蝕劑的分子結(jié)構(gòu)類(lèi)型、設(shè)計(jì)緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)合成緩蝕的工藝路線亦具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。按照配位化學(xué)的觀點(diǎn)，可以將金屬界面、腐蝕介質(zhì)、緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)三者統(tǒng)一在一個(gè)理論框架內(nèi)，有利于統(tǒng)一處理三者之間的相互作用，為緩蝕劑分子的設(shè)計(jì)合成提供理論依據(jù)。
綜上所述，利用分子設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)緩蝕劑的基本思路為：從分子結(jié)構(gòu)理論、軟硬酸堿理論、分子內(nèi)協(xié)同效應(yīng)、配位化學(xué)理論、量子化學(xué)理論等理論工具出發(fā)，按照緩蝕劑分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加以分類(lèi)、組合，采用某種分析方法找出緩蝕劑的緩蝕效率與其結(jié)構(gòu)參數(shù)以及環(huán)境因素之間的關(guān)系，建立緩蝕劑相應(yīng)的定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）模型；根據(jù)所建立的QSAR模型，按照相應(yīng)的要求有目的的設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)、合成所需要得高性能新型緩蝕劑；同時(shí)，充分利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高新型緩蝕劑分子設(shè)計(jì)的成功率，節(jié)省大量的時(shí)間和資源，降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)分子裁剪緩蝕劑的目的。
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