缓蚀剂进展与展望

1.开发绿色天然缓蚀剂
    目前所用的缓蚀剂以无机缓蚀剂和人工合成的有机缓蚀剂较多，相当一部分存在一定毒性。随着环保意识的增强和环境保护法的严格限制，人们希望开发一种高效、低毒的新型缓蚀剂来取代那些缓蚀剂。而绿色天然缓蚀剂将是一种很好的选择。
植物是天然缓蚀剂的一个重要来源，由于其天然及环境友好的特性一直是国内外科学家热衷的研究对象。目前国内外已经用各种不同的方法从油橄榄叶、大蒜、海带、迷迭香叶、黄连、樟树叶、绿茶叶、油菜籽、竹叶等天然物质中提取相应的成份、研究了它们在酸性、中性、碱性的环境中对金属的缓蚀作用，取得了一定的进展。关于动物提取物作为缓蚀剂的研究较少，为数不多的研究集中在河蚌水解产物、鱼内脏水解产物、人类的头发、鸡蛋的水解产物等物质上。
从天然动植物中提取缓蚀剂不仅对环境友好，而且可以实现资源的合理优化配置，同时，各种天然提取缓蚀剂间还可以进行复配，形成优势互补、价格低廉的高效绿色缓蚀剂。

2.利用废弃物制备缓蚀剂
    利用废弃物制备缓蚀剂可以达到变废为宝的目的。例如利用生物废料豆渣，采用浸渍方法制备氨基酸类缓蚀剂，利用化工生产下脚料制备缓蚀剂，用胱氨酸废水制备缓蚀剂等。这样不仅为废弃物的综合利用开辟了新的途径，而且具有较好的经济效益和环境效益。

3.高效缓蚀剂的开发
    提高缓蚀剂的缓蚀性能，减少缓蚀剂的添加量，不仅有助于降低缓蚀剂的使用成本，而且可以减少缓蚀剂对系统介质的影响。随着工业和科学技术的发展，缓蚀剂科学技术也得到了进步，国内外的腐蚀和防腐工作者研究和开发的缓蚀剂向无毒、可生物降解、环保方向发展。高效缓蚀剂的研究呈现以下发展趋势：
(1)进一步对现有缓蚀剂进行改性研究，提高其缓蚀性能。无论是有机缓蚀剂、无机缓蚀剂还是从生物体中提取的天然缓蚀剂，都可以从其结构或者化合态等方面进行改性，得到针对性强、缓蚀性能高的缓蚀剂。
(2)对现有的缓蚀剂进行复配研究，得到一种多功能的缓蚀剂，实现资源的优化利用。目前，复配是寻找高效缓蚀剂已经成为研究中的一种重要的手段，但其中的复配机理、缓蚀剂间的相互作用尚有待进一步完善。
(3)大力探索从天然植物、海产动植物中，提取、分离、加工新型缓蚀的有效成分，同时加强人工合成多功能基的低毒或无毒的有机高分子型缓蚀剂的研究工作。
(4)运用量子化学理论和分子设计等先进科学技术合成高效多功能环境保护的高分子型有机缓蚀剂。

4.多功能缓蚀剂的研发
    在一些使用缓蚀剂的介质中，除了添加缓蚀剂外往往还需要添加其他的一些化学药剂。例如，在钢厂酸洗工艺中，既要添加缓蚀剂防止酸液对金属基体的腐蚀还要添加抑雾剂抑制酸雾的挥发；污水介质中，既要添加污水缓蚀剂防止污水介质对金属管道的腐蚀，还需要添加杀菌剂对细菌进行杀灭以及添加阻垢剂防止污垢生成堵塞管道……。如果开发出多功能缓蚀剂，使开发的缓蚀剂同时具备其他的一些功效，这不仅大大节省成本，而且使用效率更高。目前国内外已经在多功能缓蚀剂开发方面做了部分工作。
例如水溶性咪唑啉衍生物是一种新型缓蚀剂，它对于碳钢、合金钢、铜、铝等多种金属有优良的缓蚀性能。以咪唑啉缓蚀剂为主的多组分复配体系，具有缓蚀、抑雾、促洗的多功能特点。在含硫、磷的化合物中引入咪唑啉等基团，从而获得具有防锈性能的硫-磷型添加剂。这样所研制出的硫-磷型添加剂同时具有良好的防锈、润滑和抗氧化性能。絮凝-缓蚀剂是指在水处理中兼有强化固液分离和减缓腐蚀两种功能的水处理剂。在油田采油中，部分油井产出介质中地层水矿化度高，Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-、H2S及SRB含量高，pH值低，这种产出介质具有很高的腐蚀和结垢倾向。油井同时投加单向缓蚀剂和阻垢剂，既增加生产成本又增加工作量，而且必须解决阻垢剂和缓蚀剂的配伍问题，因此，针对油井腐蚀、结垢等影响因素，研究具有缓蚀和阻垢性能的缓蚀阻垢剂具有重要意义。

5.苛刻环境下的缓蚀剂研发
    目前在一些极端苛刻环境下，还没有成熟的缓蚀剂能够有效地抑制介质对金属的腐蚀，因而有必要研发出能够在这些苛刻环境下发挥功效的缓蚀剂。
    例如随着资源利用的深入，比如油气田的不断开发，井下温度越来越高，对酸化缓蚀剂的要求也越来越高，需要能够满足超高温度环境的酸化缓蚀剂。
    用于高含H2S、CO2的油气田的缓蚀剂，加拿大开发了胺类、吡啶和咪唑啉类缓蚀剂，SHELL公司开发了合成酸/多胺缩合物缓蚀剂，Cortec和Baker Petrolite公司研究的咪唑啉缓蚀剂，在高含硫环境中都发挥了十分有效的防腐作用。我国四川气田在上世纪六十年代初，便应用缓蚀剂抑制气井的硫化氢腐蚀。四川天然气研究院和四川石油管道设计院与中科院长春应用化学研究所等单位合作，开展应用缓蚀剂抑制硫化氢腐蚀研究，研究发现页氮、粗吡啶、4-甲基吡啶釜残等能有效抑制硫化氢腐蚀。四川天然气研究院开发了川天系列缓蚀剂，在四川气田应用，对硫化氢腐蚀有较好的抑制作用。但是适用于更高温度及更高压力下的H2S、CO2缓蚀剂还有待于进一步开发。

6.缓蚀剂效果的快速评价
    石油天然气工业生产系统中，由于介质的矿化度高，含硫化氢、二氧化碳，腐蚀严重，给油田生产造成了巨大的损失，为了有效的控制腐蚀需及时了解系统介质的腐蚀性，投加缓蚀剂的效果。经典的失重法测试时间太长，特别是对现场缓蚀剂的质量检测，由于油田生产的环境与工况要求，不能及时的检测缓蚀剂的质量，导致部分效果差的缓蚀剂进入生产，不但造成浪费而且不能时腐蚀得到控制，影响正常生产。因此，迫切需要快速测定介质的腐蚀性。
目前对缓蚀剂的快速评价多用电化学方法，或者是使用电化学仪器检测。在研究的众多电化学方法中，对于酸性缓蚀剂来说，恒电量法的优势明显，恒电量法不仅能迅速地测得 Rp 、Cd 值，而且可以获得 Stern 公式中的 B 值，直接计算实际状态下的腐蚀电流，能够更加直接、准确地评价酸性缓蚀剂。使用电化学腐蚀测定仪简便、快速，但从前期的测试数据反映：电化学腐蚀测定仪的测试数据误差大，重现性差。为了了解电化学腐蚀测试仪的适应性，有研究者开展了用电化学腐蚀测试仪测试不同介质的腐蚀性，考察电化学腐蚀测试仪在不同介质中测试数据的重现性，提出适应电化学腐蚀测试仪测试的方法与条件，力求解决现场腐蚀快速测试问题。

7.利用分子设计开发缓蚀剂
    基于量子化学计算等理论工具，通过分子设计，利用化学合成手段得到高性能的缓蚀剂分子，这不仅可以节省大量的时间与资源，同时对缓蚀剂理论有促进作用。
    设计开发更多缓蚀性能好、适应能力强、经济效益显著的缓蚀剂对于应对各种复杂的腐蚀环境尤为重要。传统的缓蚀剂研制方法是建立在猜测和大量实验筛选的基础上的，存在着一系列的问题：成本太高，研发周期太长，工作带有一定的盲目性。因此，设计开发新型缓蚀剂迫切需要理论指导。
    随着量子化学理论研究的发展和实验技术、计算机硬件水平的进步，为新型缓蚀剂的开发设计提供了方向，通过构建缓蚀剂的定量结构-性能关系（QSAR）模型，设计、预测、合成新型高效缓蚀剂。QSAR模型指所研究的化合物的性质与其结构参数的定量关系，其中，化合物的性质的数据由实验得出，结构参数变量为实验测定或理论计算所得的物化参数、量化参数或几何图形参数，如分子体积、密度、熵、焓、分子表面积、疏水参数、轨道能量、电荷密度、极化率、偶极矩、自由价、离域能、分子连接指数等。
在设计具有特定功能的缓蚀剂分子时，必须考虑到影响缓蚀剂作用的因素范围，需要从缓蚀剂的分子结构、金属界面、腐蚀介质三个方面来进行讨论。配位化学理论对选择有机缓蚀剂的分子结构类型、设计缓蚀剂分子结构、设计合成缓蚀的工艺路线亦具有较强的指导意义。按照配位化学的观点，可以将金属界面、腐蚀介质、缓蚀剂分子结构三者统一在一个理论框架内，有利于统一处理三者之间的相互作用，为缓蚀剂分子的设计合成提供理论依据。
    综上所述，利用分子设计开发缓蚀剂的基本思路为：从分子结构理论、软硬酸碱理论、分子内协同效应、配位化学理论、量子化学理论等理论工具出发，按照缓蚀剂分子的结构特点加以分类、组合，采用某种分析方法找出缓蚀剂的缓蚀效率与其结构参数以及环境因素之间的关系，建立缓蚀剂相应的定量构效关系（QSAR）模型；根据所建立的QSAR模型，按照相应的要求有目的的设计、预测、合成所需要得高性能新型缓蚀剂；同时，充分利用相关实验结果，提高新型缓蚀剂分子设计的成功率，节省大量的时间和资源，降低环境污染，实现分子裁剪缓蚀剂的目的。

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