文 | 帅才说史

编辑 | 帅才说史

«——【·前言·】——»

本实验研究旨在研究某些煅烧温度区对生物质防腐蚀性能的影响，二氧化硅由稻壳灰在500°C、550°C和600°C煅烧合成。

制备的RHA样品在表面官能团、化学成分和结晶度方面进行了表征，证实了SiO2的丰富成分Si-O-Si基团的存在，以及二氧化硅的无定形性质，合成的主要步骤二氧化硅涉及氢氧化钠与RHA的反应。

考察了抑制剂用量和浸泡时间对低碳钢制备带材腐蚀速率和抑制效率的影响，在由95°C煅烧RHA制备的样品中，在41 ml抑制剂量和30小时浸泡时间下，记录了导致最大腐蚀效率为144.600%的参数的相互作用。

等温线研究在所有样品的Temkin等温线模型上均得到最佳拟合，500°C和600°C热处理样品的动力学模型以伪二阶动力学模型和550°C的伪零阶动力学模型表示最佳。

热力学模型揭示了活化能、焓和熵等重要参数，证实了金属表面形成的吸热过程、可行性和能垒，一般低温提取Na2SiO3 的效果对保护层的堆积有显著影响，保护层的堆积由二氧化硅含量和反应性决定。

«——【·缓蚀剂的重要性·】——»

腐蚀是金属和合金在其环境中存在水分的情况下通过化学或电化学反应自发和不可逆的劣化，这是一种自然情况，它对行业的维护和维修成本产生了巨大的影响。

在金属表面上完全消除是非常困难的，它被认为是主要的工业问题之一，主要是在涉及水的系统中，例如冷却系统，加热系统，美国腐蚀工程师协会在2016年进行的一项研究估计，全球腐蚀成本每年为2.5万亿美元，相当于全球国内生产总值。

防止腐蚀是控制和维护金属和合金保存的一个重要方面，有不同的方法可以减少低碳钢的降解。

例如改变其成分和表面性能以及避免腐蚀性环境，使用缓蚀剂是一种关键方法，通过降低低碳钢表面的腐蚀速率免受腐蚀性环境的影响，极大地保护低碳钢免受腐蚀。

缓蚀剂是与金属表面反应的化学物质，它为表面提供了一定程度的保护。抑制剂通过将自身吸附在金属表面上形成保护膜来防止金属表面的腐蚀，抑制剂通常从溶液中分布，以减少与金属基材接触的溶液中腐蚀性离子的侵蚀。

使用抑制剂可以通过增加阳极或阴极极化行为，最大限度地减少离子向金属表面的移动或扩散以及增强金属表面的电阻来减缓低碳钢的腐蚀过程，缓蚀剂根据其化学结构、作用方法等进行分类。

缓蚀剂分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。无机、有机和合成抑制剂主要用于各种行业的抑制剂，它们在实践和理论上已被证明是各种腐蚀性环境中的有效缓蚀剂。

这些抑制剂具有严重的环境恶化，并且由于过度使用抑制剂已暴露在环境中，对海洋生物产生了可怕的影响。

这些抑制剂还具有主要局限性，例如效率低，成本高，并且在合成过程中释放有毒化学物质作为副产物，并且它们对人类健康和环境产生严重的不利影响，限制了其实际使用。

随着科学家和研究人员对环境的关注日益增加，他们继续开发绿色缓蚀剂，因为它是可生物降解的，廉价的，丰富的可用性和环保的，不含重金属或其他有毒化合物，并为最终产品提供改进的性能。

«——【·方法与材料·】——»

1.金属制备

对低碳钢进行了腐蚀研究。在腐蚀过程之前，低碳钢被机械切割成试样，然后用800、1200和220张耐磨纸抛光每个试样的表面以获得光滑的区域，用蒸馏水洗涤，用丙酮和乙醇再次清洁它们，最后用105°C的烤箱干燥12小时，然后在数字天平中称重。

2.RHA准备

RRH是从埃塞俄比亚南贡德尔发现的当地稻壳生产商和磨坊主那里收集的，用蒸馏水彻底清洗收到的稻壳，将洗净的稻壳在阳光下干燥两天，然后在500oC 550°C 和 600°C 使用实验室规模的马弗炉6小时。

3.RHA的表征

采用多种组合方法定量测定不同温度下RRH伯内特的硅酸盐和其他化学含量，这些分析是在埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴的埃塞俄比亚地质调查局地球化学实验室进行的。

采用LIBO2融合、HF攻击、重量法和原子吸收分光光度法分析了RHA T-500、RHA T-550和RHA T-600的金属氧化物成分。

对RHA粉末进行FTIR分析以鉴定活性官能团，将200mg的RHA粉末与6600mg溴化钾充分混合，并在玛瑙研钵中均质化，然后将混合物置于红外傅里叶变换光谱的样品室中以确定主要官能团。

4.抑制剂的配方

Na2SiO3 通过将10gRHA溶解在60ml 1M NaOH溶液中来制备溶液，将RHA和氢氧化钠溶液在100ml锥形烧瓶中混合一小时，并以恒定的搅拌速度搅拌。

反应在环境温度和大气压下操作。由于放热反应产生的热量，反应温度上升到55±1°C，通过真空过滤器过滤溶液以分离二氧化硅和其他氧化物等不溶物来自纳2二氧化硅3溶液。纯钠Na2SiO3 取离心后下层的溶液进行缓蚀实验。

5.抑制性能

减肥法被广泛用作测量Na抑制效率的简单可靠的方法Na2SiO3 和腐蚀速率，使用各种网格纸对低碳钢样品进行预清洁，并在暴露于溶液之前和之后称重，将试样浸泡在200 ml自来水中，掺各种Na2SiO3 在不同浸泡时间下从不同的 RAH 煅烧温度中提取抑制剂剂量。

通过完全浸入预先称重的低碳钢试样进行减肥测量，根据实验室浸没腐蚀测试金属的标准指南洗涤试样并再次称重。

6.吸附等温线

吸附等温线研究给出了无机抑制剂如何吸附到金属表面的描述性机制，吸附等温线模型最能描述Na2SiO3 的吸附低碳钢上的抑制剂，它是通过将腐蚀速率CR和抑制剂的表面覆盖程度θ拟合到各种吸附等温线模型中得到的。

«——【·实验分析·】——»

1. 硅酸盐分析

根据硅酸盐分析结果，二氧化硅是存在的其他化合物中的主要成分，图1显示了在不同温度下处理的RHA重量百分比的硅酸盐分析以及包括Al2O3在内的次要氧化物， Fe2O3， K2O， 氧化镁，Na2O和CaO。

85.86%的SiO2含量存在于600°C处理的RHA中，这是其他样品中最高的，最近的研究工作报告了类似的结果，SiO2在550°C和500°C处理的RHA中发现的含量略低，分别为84.26%和80.50%。

2.X射线衍射

给出了RRH和热处理样品的比较XRD图，以分析和研究其结晶度的变化，二氧化硅的无定形相是在500°C、550°C和600°C等不同温度下燃烧RRH6小时，图2显示了不同样品的X射线衍射图。

在22.32°、21.46°、21.72°和22.1°处有一个宽峰，先前的研究工作也获得了类似的结果，报告了22°的宽峰，在所有燃烧温度下，具有无定形特性的二氧化硅在XRD分析中由宽范围的峰描绘。

每个样品的强度都有很大不同，来自RHA的无定形二氧化硅是这项研究的一个重要阶段，因为它含有高孔隙率和高表面积，因此很容易溶解和反应，由于在二氧化硅表面发现的羟基的存在导致反应位点的形成。

二氧化硅的无定形特性表明合成的二氧化硅对环境安全，具有结晶相性质的二氧化硅对环境致癌，对生物体有害。

3.傅里叶变换红外光谱

采用傅里叶变换红外检查RHA不同样品的官能团，FTIR光谱用于研究温度对RHA表面官能团的影响，除了孔隙率外，吸附行为还受到表面化学反应性的影响，特别是以各种形式的官能团中的化学吸附氧的形式。

高峰在3470厘米处归因于有机Si-O-H拉伸，任何水的贡献可能保留在样品或其他源自羟基的矿物质中，随着煅烧温度从500°C到600°C的升高，羟基峰的强度减小，表明温度升高导致羟基断裂键导致氢原子和氧原子的损失，水分正在减少。

峰在1214厘米处−1被分配到Si-O不对称拉伸。当稻壳在不同温度下进行热处理时，观察到新峰的形成。特征振动一般在2800至3750厘米之间−1由硅亚麻醇羟基和吸附水表示。

4.抑制剂剂量的影响

加入500°C处理浓度为5ml的抑制剂，抑制效率为54.16%，抑制剂在550°C和600°C下相同剂量浓度下的抑制效率分别为58.33%和60.41%，剂量从5毫升进一步增加到25毫升。

这种行为可归因于随着浓度的增加，抑制剂在金属或溶液界面上的吸附增加。已知被吸附分子覆盖的金属表面部分随着抑制剂浓度的增加而增加，当剂量增加到30ml时，对低碳钢的抑制性能保持稳定。

阳极作用的自由表面的减少增加了没有保护膜的任何地方的电流密度，这导致加速腐蚀和点蚀，高剂量能够在整个系统中保存薄膜。

5.浸泡时间的影响

当印模周期从87 h增加到92 h时，在88°C下处理的样品开始时从33.48%略微增加至96.550%，随后迅速下降。在整个浸泡期间，在91°C下处理的样品记录了最高的抑制效率。

当足够量的抑制剂吸附在低碳钢表面上时，吸附密度往往很高，这反过来又通过范德华力减少了抑制剂分子之间的相互作用，可能存在抑制剂分子离开表面，触发抑制剂所占有效面积的减少，从而导致抑制效率降低。

6. 吸附等温线

通过等温线可以很好地理解缓蚀的机理。等温线是通过服用不同的抑制剂量并计算相应的ɵ而开发的，R2型每个等温线模型的值如表所示，这对于确定可以表示实验数据的最合适模型非常重要。

实验数据能够适应Langmuir，Freundlich和Temkin等温线，Temkin等温线与R2约0.99的值最能描述RHA抑制剂在低碳钢上的吸附机理，Temkin吸附等温线适用于评估吸附平衡常数K。

7.SiO的阳极吸附3−2

Na2SiO3从RHA中提取的抑制剂充当阴极和阳极抑制剂，作为一般规则，通过表面吸附过程起作用，称为成膜，对金属表面化合物表现出高亲和力的分子的存在显示出高抑制效率，当然也显示出低环境风险。

这些抑制剂在抑制过程中在金属表面上形成吸附分子的保护性疏水膜，为金属的溶解提供屏障，并且它们溶解在金属表面附近的介质中，硅酸盐被认为是阳极抑制剂，最初在阳极区域形成薄膜。

«——【·笔者认为·】——»

低温煅烧RHA提供了一种反应性硅酸盐溶液，该溶液可能具有最小化腐蚀速率和提高低碳钢抑制效率的优势。先进的表征能够描述RHA样品表面由Si-O-Si等官能团负责抑制，XRD分析证实在不同温度下煅烧的样品包含二氧化硅的非晶相。

不同煅烧温度产生的硅含量决定了与金属表面的反应程度，RHA-600°C可抑制95.41%的腐蚀，相应的腐蚀速率值为0.000184毫米/年，在550°C下处理的样品也与600°C具有良好的一致性。

浸泡时间和抑制剂剂量的影响显著影响抑制效率和腐蚀速率，导致最大腐蚀效率的参数的相互作用是在由30°C煅烧RHA制备的样品中144 ml抑制剂量和600小时浸泡时间，使用吸附等温线模型进一步分析了缓蚀性，所有样品在Temkin模型中拟合效果最佳。

动力学模型显示，RHA在500°C和600°C下煅烧时最适合二阶动力学模型，而550°C煅烧的样品最适合零阶动力学模型。热力学研究产生了重要的热力学参数，并总体上表明了该过程的可行性。

«——【·参考文献·】——»

【1】埃本索，《卤化物离子对甲基红中低碳钢缓蚀的影响》，南澳大学出版社，2006年。

【2】哈姆迪，《新型非羟基合成与制备先进的无机-有机杂化地质聚合物涂层材料用于防腐》，昆士兰大学出版社，2009年。

【3】伊斯梅尔，《低碳钢在海水中的绿色缓蚀剂研究进展》，威灵顿大学出版社，2002年。