CN105887094A

CN105887094A - 一种核酸缓蚀剂及其应用

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Publication number: CN105887094A
Application number: CN201610457506.4A
Authority: CN
Inventors: 庄稼; 胡克; 马柱; 杨波; 向艳; 文秋香; 郑超超
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: CN105887094B

Abstract

本发明涉及一种核酸缓蚀剂及其应用，属于金属腐蚀与防护领域和生物大分子应用领域。按以下质量百分比进行配制：核酸1～20％、炔醇10～30％、点蚀抑制剂16～20％、低分子醇30～70％；本发明中所用核酸分子结构上的氧、氮、磷原子的最外层均含有未成对电子，这些原子在金属表面能够通过配位作用产生若干吸附点，促成缓蚀膜的生成，覆盖于金属表面，控制或减缓金属腐蚀；本发明的缓蚀剂在酸性介质中对金属具有很好的缓蚀效果，缓蚀率可达到90％以上，并且该核酸缓蚀剂具有生物大分子结构，具有良好的生物可降解性。本发明的缓蚀剂具有用量小、效率高、原料来源广、环境友好和性价比高的特点。

Description

一种核酸缓蚀剂及其应用

技术领域

本发明属于缓蚀剂领域，特别涉及一种用于抑制金属腐蚀的核酸类缓蚀剂。

背景技术

金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化(离子)状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命；例如碳钢作为目前应用广泛的金属材料之一，是一种耐腐蚀性较差的材料，尤其在酸性介质中，比如在石油化工行业及锅炉酸洗等行业中，碳钢的腐蚀就成为更严重的问题。

缓蚀剂是一种以适当浓度和形式存在于环境介质中时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物，当其浓度为0.001％至0.01％时对金属产生保护作用。常见的缓蚀剂类型有：有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。无机缓蚀剂常用的有铬酸盐类，磷系，钨系，钼系等，但铬酸盐对人体有毒，磷系缓蚀剂污染环境，其它系列的缓蚀剂具有使用介质范围有限，用量大等缺点。有机缓蚀剂是以咪唑等杂环化合物为代表的有机缓蚀剂，这类缓蚀剂有些对人体有毒，容易致癌，有些不易降解，有害环境。所以开发具有缓蚀效率高，用量小，无毒，无环境污染等特点的环境友好型缓蚀剂成为本领域的研发趋势。当前有机胺类化合物、羧酸类和氨基酸类等有机小分子缓蚀剂由于其环保性成为研究热点，但是这类有机小分子缓蚀剂存在着用量大、缓蚀效率低等不足。

生物大分子缓蚀剂的研究至今还未见报道。因此将生物大分子作为缓蚀剂的研究，不仅拓宽了缓蚀剂的研究领域，而且对开发绿色环保型缓蚀剂有重要意义和价值。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种生物大分子核酸缓蚀剂，该缓蚀剂适用于酸性介质中的金属防腐，可以有效地解决目前生物小分子如氨基酸等缓蚀剂用量大，缓蚀效果不明显等缺点，同时提供一种原料来源广，效率高，制作简便，无毒无害，可生物降解的绿色环保型缓蚀剂，并能有效地防止或减缓碳钢等金属在酸性溶液中的腐蚀作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种核酸缓蚀剂，该缓蚀剂由以下质量百分比的组分构成：核酸1～20％，炔醇10～30％，点蚀抑制剂16～20％，低分子醇30～70％；所述核酸为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)中的一种或两种；制备该核酸缓蚀剂时只需将各原料按比例混合均匀即可得到。

作为优选，所述的炔醇为1-己炔-3-醇、5-甲基-1-己炔-3-醇、丙炔醇、甲基戊炔醇中的一种或多种。

作为优选，所述的点蚀抑制剂为硫氰酸钾、溴化钾、碘化钾、硫氢化钠中的一种或多种。

作为优选，所述的低分子醇为工业级甲醇、工业级乙醇、乙二醇中的一种或多种。

一种核酸缓蚀剂的应用，其特征在于，用于抑制金属在腐蚀介质中的腐蚀，具体方法为，将所述核酸缓蚀剂加入到与金属接触的腐蚀介质中。

作为优选，所述金属为碳钢、铁、铜或锌中的一种或多种；所述腐蚀介质为酸性溶液，所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、乙酸、碳酸、柠檬酸、草酸、磷酸中的一种或多种，所述酸性溶液的浓度为0.01～3.0mol/L；每升酸性溶液中加入该核酸缓蚀剂的质量为0.005～1.0g，浸没温度为0～80℃。

本发明的原理在于：生物大分子一般含有大量以氧、氮、磷为中心的极性基团，能牢固地吸附在金属表面，形成一层薄膜。同时由于生物大分子的分子量大，分子链长，易于在金属表面形成宽大而致密的保护膜，有效的隔绝腐蚀介质，从而抑制金属腐蚀。本发明提供的缓蚀剂中原料含有核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸(DNA)，这两种生物大分子能够产生缓蚀作用的原理有以下几点：(1)这两种分子具有长链双螺旋分子结构、单个分子覆盖面广而致密；(2)这两种分子含有丰富的杂环结构以及大量的氧、氮、磷等杂原子，由于这些杂原子上含有未成对的电子，能与过渡金属原子中的空d轨道配位成键，使核酸牢固地吸附在金属表面；(3)大分子结构上的氨基在酸性溶液中能和氢离子结合形成鎓离子，这些鎓离子吸附在金属表面的阴极区，提高氢离子放电过电位而使腐蚀减缓；(4)核酸分子能与吸附性强的阴离子如I^-、CNS^-等产生协同效应，使缓蚀效率提高。

本发明的有益效果在于：(1)首次使用核酸生物大分子做为缓蚀剂的成分，核酸具有分子量大，成膜质量高，以及原料来源广等优点；

(2)本发明所采用的核酸生物大分子，与常规有机缓蚀剂和无机缓蚀剂相比，对环境友好，具有无毒无害，可生物降解等优点，各项指标均符合国家标准：GB/T 14848-93《地下水质量标准》、GB 8978-1996《污水排放综合标准》、GB 15618-1995《土壤环境质量标准》，符合缓蚀剂绿色高效的发展趋势；

(3)本发明用于防止金属在酸性介质中的腐蚀，生物大分子核酸缓蚀剂不但拥有生物小分子的各种优异性能，还克服了生物小分子用量大，效率低等缺点，与常用生物小分子缓蚀剂相比，具有用量少，缓蚀效果好，缓蚀效率可达到90％以上；

(4)制备及使用方法简单，适用的酸性溶液浓度范围广、温度范围大，便于工业推广应用。

附图说明

图1为实施例1中在X80管线钢在浓度为1.0mol/L盐酸溶液中浸入含有不同加量缓蚀剂的交流阻抗Nyquist图；

图2是实施例3中X80管线钢浸入未含有缓蚀剂的浓度为1.0mol/L盐酸溶液中72h后的扫描电子显微镜照片；

图3是实施例3中X80管线钢浸入含有缓蚀剂的浓度为1.0mol/L盐酸溶液中72h后的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步具体说明。

实施例1

按照质量百分比将脱氧核糖核酸(DNA)10％，炔醇10％，碘化钾20％和乙醇60％相互混合，搅拌均匀，制得核酸缓蚀剂；配制浓度为1.0mol/L盐酸溶液作为腐蚀介质，将制得的核酸缓蚀剂滴入到1.0mol/L盐酸溶液中；采用X80管线钢作为腐蚀材料；采用电化学交流阻抗法对缓蚀效果进行评价。具体操作如下：

分别称取5份体积均为1.0L的上述盐酸溶液，在其中4份盐酸溶液中分别滴入不同质量的上述核酸缓蚀剂，制得浓度分别为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L的核酸缓蚀剂溶液，剩下1份盐酸溶液不加核酸缓蚀剂作为空白对照；然后在30±1℃温度条件下，将5份同样的X80管线钢分别置于上述溶液中，测定的交流阻抗参数和缓蚀率如表1和图1所示：

表1 X80管线钢分别浸入未含有和含有不同加量缓蚀剂的1.0mol/L盐酸溶液中的交流阻抗参数

序号	缓蚀剂浓度(mg/L)	R_ct(Ω.cm²)	C_dl(μF/cm²)	缓蚀率(％)
					1	Blank	40	356
2	5	147	178	72.8
					3	10	255	170	84.3
4	15	297	145	86.5
					5	20	358	130	89.0

表1中R_ct为表面电阻，C_dl为界面电容；序号1为空白对照；

从表1中和图1中可以看出，在5-20mg/L浓度范围内，X80管线钢的表面电阻随着缓蚀剂加入量的增加而增大，核酸缓蚀剂对X80管线钢在盐酸溶液中缓蚀作用，随核酸缓蚀剂加入浓度的增加而增大，核酸缓蚀剂的加入，有效地抑制了X80管线钢在盐酸溶液中的腐蚀。

图1为X80管线钢在浓度为1.0mol/L盐酸溶液中浸入上述五份含有不同加量核酸缓蚀剂的交流阻抗Nyquist图，图1中曲线1代表空白对照溶液，曲线2、3、4、5分别代表浓度分别为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L的核酸缓蚀剂溶液，从图1中可以看出，容抗弧都近似半圆，半圆的直径大小体现了金属溶解时转移阻抗的大小，半径越大，转移阻抗越大，则缓蚀剂的缓蚀效果越好。

实施例2

按照质量百分比将核糖核酸(RNA)15％，炔醇10％，碘化钾25％和乙醇50％相互混合，搅拌均匀，制得核酸缓蚀剂；配制浓度为0.5mol/L盐酸溶液作为腐蚀介质，将制得的核酸缓蚀剂滴入到0.5mol/L盐酸溶液中，采用X80管线钢作为腐蚀材料；并采用失重法对缓蚀效果进行评价。

具体操作如下：

分别量取6份体积均为1.0L的上述盐酸溶液，在其中3份盐酸溶液中分别滴入相同质量的上述核酸缓蚀剂，制得浓度相同的核酸缓蚀剂溶液；剩下3份盐酸溶液不加核酸缓蚀剂作为空白对照；将一份含核酸缓蚀剂的溶液和一份空白对照溶液作为一组，共分为三组；然后分别在20±1℃、30±1℃、50±1℃温度条件下，将6块同样的X80管线钢分别置于上述溶液中，所得不同温度下的缓蚀效果参数如表2所示：

表2 X80管线钢在不同温度下0.5mol/L盐酸溶液中反应72h的失重参数

由表2中数据看出，缓蚀剂在三种不同温度条件下可将将X80管线钢试样的腐蚀速率降低十倍左右，缓蚀率最高高达90％以上。

实施例3

按照质量百分比将核糖核酸(RNA)5％，脱氧核糖核酸(DNA)5％，炔醇15％，碘化钾20％和乙醇55％相互混合，搅拌均匀，制得核酸缓蚀剂；配制浓度为1.0mol/L盐酸溶液作为腐蚀介质，将制得的核酸缓蚀剂滴入到1.0mol/L盐酸溶液中，采用X80管线钢作为腐蚀材料；并以扫描电子显微镜(SEM)照片对缓蚀效果进行评价。

结果如图2和图3所示，图2和图3分别为X80管线钢分别浸入未含有与含有缓蚀剂的1.0mol/L盐酸溶液，反应72h后的扫描电子显微镜照片，图2是未添加缓蚀剂的钢片表面形貌，腐蚀现象明显；图3是添加一定量缓蚀剂的钢片表面形貌，形成了一层致密均匀的薄膜，产生了良好的缓蚀效果。

实施例4

按照质量百分比将脱氧核糖核酸(DNA)15％，炔醇10％，碘化钾25％和乙醇50％相互混合，搅拌均匀，制得核酸缓蚀剂；配制三份浓度分别为0.1mol/L、0.5mol/L、1.0mol/L盐酸溶液作为腐蚀介质，取三份相同质量的上述核酸缓蚀剂分别滴入到上述三份盐酸溶液中，采用X80管线钢作为腐蚀材料；并采用失重法对缓蚀效果进行评价。

不同浓度盐酸溶液中，缓蚀剂的有关实验参数如表3所示：

表3 X80管线钢在30℃时，分别浸入未含有和含有一定量缓蚀剂的不同浓度盐酸溶液中，所对应的失重实验参数

由表3中数据可以看出，不同浓度的盐酸溶液中，加入缓蚀剂后，X80管线钢试样的腐蚀速率降低到相近程度，在不同浓度的盐酸溶液中，该缓蚀剂对X80管线钢试样的保护程度相近；另一方面相对于盐酸浓度越大，空白组X80管线钢试样的腐蚀速率明显递增，由此该核酸缓蚀剂的缓蚀率越大。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请作用和效果，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种核酸缓蚀剂，其特征在于，该缓蚀剂由以下质量百分比的组分构成：核酸1～20％，炔醇10～30％，点蚀抑制剂16～20％，低分子醇30～70％；

所述核酸为脱氧核糖核酸和核糖核酸中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的核酸缓蚀剂，其特征在于，所述的炔醇为1-己炔-3-醇、5-甲基-1-己炔-3-醇、丙炔醇、甲基戊炔醇中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的核酸缓蚀剂，其特征在于，所述的点蚀抑制剂为硫氰酸钾、溴化钾、碘化钾、硫氢化钠中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的核酸缓蚀剂，其特征在于，所述的低分子醇为工业级甲醇、工业级乙醇、乙二醇中的一种或多种。

5.一种如权利要求1所述的核酸缓蚀剂的应用，其特征在于，该缓蚀剂用于抑制金属在腐蚀介质中的腐蚀，具体方法为，将权利要求1所述核酸缓蚀剂加入到与金属接触的腐蚀介质中。

6.根据权利要求5所述的核酸缓蚀剂的应用，其特征在于，所述金属为碳钢、铁、铜、锌中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的核酸缓蚀剂的应用，其特征在于，所述腐蚀介质为酸性溶液，所述酸性溶液的浓度为0.01～3.0mol/L；每升酸性溶液中加入该核酸缓蚀剂的质量为0.005～1.0g，浸没温度为0～80℃。

8.根据权利要求7所述的核酸缓蚀剂的应用，其特征在于，所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、乙酸、碳酸、柠檬酸、草酸、磷酸中的一种或多种。