一种核酸缓蚀剂及其应用
【专利摘要】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。
【专利说明】
一种核酸缓蚀剂及其应用
技术领域
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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，当其浓度为〇. 〇〇1 %至〇. 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。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] -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。
[0012] 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 性溶液的浓度为〇 . 01~3. Omol/L;每升酸性溶液中加入该核酸缓蚀剂的质量为0.005~ 1. 〇g，浸没温度为〇~80 °C。
[0013] 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鑰离子，这些鑰离子吸 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Γ、CNS^等产生协同效应，使缓蚀效率提高。
[0014] 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；
[0015] (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；
[0016] (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；
[0017] (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】
[0018] 图1为实施例1中在X80管线钢在浓度为1. Omol/L盐酸溶液中浸入含有不同加量缓 蚀剂的交流阻抗Nyquist图；
[0019] 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. Omol/L盐酸溶液中72h 后的扫描电子显微镜照片；
[0020] 图3是实施例3中X80管线钢浸入含有缓蚀剂的浓度为1. Omol/L盐酸溶液中72h后 的扫描电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步具体说明。
[0022] 实施例1
[0023] 按照质量百分比将脱氧核糖核酸(DNA)IO%，炔醇10%，碘化钾20%和乙醇60%相 互混合，搅拌均勾，制得核酸缓蚀剂;配制浓度为l.OmoVL盐酸溶液作为腐蚀介质，将制得 的核酸缓蚀剂滴入到1. 〇mol/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：
[0024] 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°C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： [00 25]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
[0027] 表1中R。*为表面电阻，Cdi为界面电容;序号1为空白对照；
[0028]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。
[0029]图1为X80管线钢在浓度为1.0m〇l/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。
[0030] 实施例2
[0031] 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;配制浓度为〇. 5mol/L盐酸溶液作为腐蚀介质，将制得的核 酸缓蚀剂滴入到〇. 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。
[0032] 具体操作如下：
[0033]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°C、30± 1°C、50± 1°C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：
[0034] 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
[0035]
[0036] 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。
[0037] 实施例3
[0038]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1.0m〇l/L盐酸溶液作为 腐蚀介质，将制得的核酸缓蚀剂滴入到l.〇mol/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。
[0039]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1.0m〇l/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。
[0040] 实施例4
[00411 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、1.0m0l/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。
[0042]不同浓度盐酸溶液中，缓蚀剂的有关实验参数如表3所示：
[0043]表3 X80管线钢在30°C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
[0044]
[0045] 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。
[0046]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。
【主权项】
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. -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. Omol/L;每升酸性溶液中加入该核酸缓蚀剂的质量为 0 · 005~1 · Og，浸没温度为0~80°C。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。
【文档编号】C23F11/04GK105887094SQ201610457506
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】庄稼, 胡克, 马柱, 杨波, 向艳, 文秋香, 郑超超
【申请人】西南石油大学