緩蝕劑進展與展望

1.開發(fā)綠色天然緩蝕劑
    目前所用的緩蝕劑以無機緩蝕劑和人工合成的有機緩蝕劑較多，相當(dāng)一部分存在一定毒性。隨著環(huán)保意識的增強和環(huán)境保護法的嚴(yán)格限制，人們希望開發(fā)一種高效、低毒的新型緩蝕劑來取代那些緩蝕劑。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重要來源，由于其天然及環(huán)境友好的特性一直是國內(nèi)外科學(xué)家熱衷的研究對象。目前國內(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、研究了它們在酸性、中性、堿性的環(huán)境中對金屬的緩蝕作用，取得了一定的進展。關(guān)于動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、魚內(nèi)臟水解產(chǎn)物、人類的頭發(fā)、雞蛋的水解產(chǎn)物等物質(zhì)上。
從天然動植物中提取緩蝕劑不僅對環(huán)境友好，而且可以實現(xiàn)資源的合理優(yōu)化配置，同時，各種天然提取緩蝕劑間還可以進行復(fù)配，形成優(yōu)勢互補、價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辟了新的途徑，而且具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

3.高效緩蝕劑的開發(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)也得到了進步，國內(nèi)外的腐蝕和防腐工作者研究和開發(fā)的緩蝕劑向無毒、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：
(1)進一步對現(xiàn)有緩蝕劑進行改性研究，提高其緩蝕性能。無論是有機緩蝕劑、無機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)等方面進行改性，得到針對性強、緩蝕性能高的緩蝕劑。
(2)對現(xiàn)有的緩蝕劑進行復(fù)配研究，得到一種多功能的緩蝕劑，實現(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)配機理、緩蝕劑間的相互作用尚有待進一步完善。
(3)大力探索從天然植物、海產(chǎn)動植物中，提取、分離、加工新型緩蝕的有效成分，同時加強人工合成多功能基的低毒或無毒的有機高分子型緩蝕劑的研究工作。
(4)運用量子化學(xué)理論和分子設(shè)計等先進科學(xué)技術(shù)合成高效多功能環(huán)境保護的高分子型有機緩蝕劑。

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)對金屬管道的腐蝕，還需要添加殺菌劑對細菌進行殺滅以及添加阻垢劑防止污垢生成堵塞管道……。如果開發(fā)出多功能緩蝕劑，使開發(fā)的緩蝕劑同時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。目前國內(nèi)外已經(jīng)在多功能緩蝕劑開發(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。在含硫、磷的化合物中引入咪唑啉等基團，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-磷型添加劑同時具有良好的防銹、潤滑和抗氧化性能。絮凝-緩蝕劑是指在水處理中兼有強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題，因此，針對油井腐蝕、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，還沒有成熟的緩蝕劑能夠有效地抑制介質(zhì)對金屬的腐蝕，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發(fā)，井下溫度越來越高，對酸化緩蝕劑的要求也越來越高，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，加拿大開發(fā)了胺類、吡啶和咪唑啉類緩蝕劑，SHELL公司開發(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)計院與中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所等單位合作，開展應(yīng)用緩蝕劑抑制硫化氫腐蝕研究，研究發(fā)現(xiàn)頁氮、粗吡啶、4-甲基吡啶釜殘等能有效抑制硫化氫腐蝕。四川天然氣研究院開發(fā)了川天系列緩蝕劑，在四川氣田應(yīng)用，對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緩蝕劑還有待于進一步開發(fā)。

6.緩蝕劑效果的快速評價
    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)典的失重法測試時間太長，特別是對現(xiàn)場緩蝕劑的質(zhì)量檢測，由于油田生產(chǎn)的環(huán)境與工況要求，不能及時的檢測緩蝕劑的質(zhì)量，導(dǎo)致部分效果差的緩蝕劑進入生產(chǎn)，不但造成浪費而且不能時腐蝕得到控制，影響正常生產(chǎn)。因此，迫切需要快速測定介質(zhì)的腐蝕性。
目前對緩蝕劑的快速評價多用電化學(xué)方法，或者是使用電化學(xué)儀器檢測。在研究的眾多電化學(xué)方法中，對于酸性緩蝕劑來說，恒電量法的優(yōu)勢明顯，恒電量法不僅能迅速地測得 Rp 、Cd 值，而且可以獲得 Stern 公式中的 B 值，直接計算實際狀態(tài)下的腐蝕電流，能夠更加直接、準(zhǔn)確地評價酸性緩蝕劑。使用電化學(xué)腐蝕測定儀簡便、快速，但從前期的測試數(shù)據(jù)反映：電化學(xué)腐蝕測定儀的測試數(shù)據(jù)誤差大，重現(xiàn)性差。為了了解電化學(xué)腐蝕測試儀的適應(yīng)性，有研究者開展了用電化學(xué)腐蝕測試儀測試不同介質(zhì)的腐蝕性，考察電化學(xué)腐蝕測試儀在不同介質(zhì)中測試數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性，提出適應(yīng)電化學(xué)腐蝕測試儀測試的方法與條件，力求解決現(xiàn)場腐蝕快速測試問題。

7.利用分子設(shè)計開發(fā)緩蝕劑
    基于量子化學(xué)計算等理論工具，通過分子設(shè)計，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)省大量的時間與資源，同時對緩蝕劑理論有促進作用。
    設(shè)計開發(fā)更多緩蝕性能好、適應(yīng)能力強、經(jīng)濟效益顯著的緩蝕劑對于應(yīng)對各種復(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和大量實驗篩選的基礎(chǔ)上的，存在著一系列的問題：成本太高，研發(fā)周期太長，工作帶有一定的盲目性。因此，設(shè)計開發(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)展和實驗技術(shù)、計算機硬件水平的進步，為新型緩蝕劑的開發(fā)設(shè)計提供了方向，通過構(gòu)建緩蝕劑的定量結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系（QSAR）模型，設(shè)計、預(yù)測、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)由實驗得出，結(jié)構(gòu)參數(shù)變量為實驗測定或理論計算所得的物化參數(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、離域能、分子連接指數(shù)等。
在設(shè)計具有特定功能的緩蝕劑分子時，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)三個方面來進行討論。配位化學(xué)理論對選擇有機緩蝕劑的分子結(jié)構(gòu)類型、設(shè)計緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)、設(shè)計合成緩蝕的工藝路線亦具有較強的指導(dǎo)意義。按照配位化學(xué)的觀點，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)計合成提供理論依據(jù)。
    綜上所述，利用分子設(shè)計開發(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)特點加以分類、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、預(yù)測、合成所需要得高性能新型緩蝕劑；同時，充分利用相關(guān)實驗結(jié)果，提高新型緩蝕劑分子設(shè)計的成功率，節(jié)省大量的時間和資源，降低環(huán)境污染，實現(xiàn)分子裁剪緩蝕劑的目的。

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