一种氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料缓蚀剂的制备及应用

本发明属于金属防腐蚀领域，特别涉及一种氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料缓蚀剂的制备及应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、金属材料具有良好的机械性能和低成本等优点，被广泛应用于石油、化工、冶金等行业。金属材料在应用过程中常因受到周围环境介质的作用而被损坏，称为金属腐蚀。金属腐蚀会造成资源和能源的浪费、延缓生产发展，给国家和个人带来巨大的经济损失，甚至引起安全事故。因此，根据金属腐蚀的机制探究相对应的防腐措施是必要的。金属防腐主要可以分为物理屏蔽、电化学保护以及缓蚀剂等几方面，其中缓蚀剂由于操作相对简单方便、成本较低被各行业广泛应用。目前，最为常用的缓蚀剂为磷系缓蚀剂，但磷系缓蚀剂存在着排放污水磷含量超标，会导致水体污染及富营养化等问题。因此，符合绿色化学要求的绿色水处理剂受到关注。

3、聚天冬氨酸(polyasparticacid,pasp)是一种带有羧酸侧链的聚合氨基酸，主要特点为无毒无害、可生物降解且无二次污染，是目前国际公认的绿色水处理剂。pasp的羧基负离子能够与铁离子或铜离子相结合，在金属表面形成一层保护膜，从而有效地阻止腐蚀的发生。然而，pasp的缓蚀效果受水质条件的影响较大，并且存在着单独使用缓蚀效果较差的问题，为了提升pasp的缓蚀效果通常与其他缓蚀剂复配或对pasp进行改性。

4、氧化石墨烯(gtapheneoxide,go)是一种新型碳质纳米材料，具有独特的分子结构和尺寸效应。氧化石墨烯由于具有生物相容性、化学稳定、分散性高、比表面积大、丰富的含氧官能团等优良特性，是纳米材料领域研究的热点。go作为一种二维材料可以充当填料弥补水性涂料在固化过程中出现微孔的缺陷，在防腐涂料领域得到了广泛的关注和应用。但防腐涂料在应用过程中存在成本较高、操作复杂等问题，因此，有必要进行将go应用于操作简便且成本低的缓蚀剂领域。经检索，利用go提升pasp的缓蚀性能方面还未见报道。

技术实现思路

1、本发明针对聚天冬氨酸在缓蚀过程中对水质要求高且单独使用效果不佳的问题，提供了一种纳米材料缓蚀剂、开拓了氧化石墨烯新的应用方向。本发明主要原理是以氧化石墨烯为载体结合聚天冬氨酸，将聚天冬氨酸的羧基与氧化石墨烯的羟基形成酯键，氧化石墨烯与聚天冬氨酸形成多层立体结构(图2和图3)，从而使腐蚀离子进入结构内部，相较于聚天冬氨酸有更好的缓蚀效果。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，包括：

4、将纳米氧化石墨烯分散在溶剂中，得到纳米氧化石墨烯分散液；

5、聚天冬氨酸、4-二甲氨基吡啶和n,n-二环己基碳二亚胺溶解在有机溶解中，得到聚天冬氨酸混合液；

6、将所述纳米氧化石墨烯分散液和聚天冬氨酸混合液按照纳米氧化石墨与聚天冬氨酸质量比为1：1-1.5的比例混合均匀，在一定温度和惰性气氛保护下，进行反应，反应完成后，固液分离，收集固体产物，即：氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料。

7、在一些实施方式中，所述纳米氧化石墨烯分散液的质量浓度为

8、0.01～0.015g/ml。

9、在一些实施方式中，所述纳米氧化石墨烯的制备方法包括：

10、将石墨粉加入到浓硫酸中，得到石墨溶液；

11、向所述石墨溶液中加入kno3，混合均匀；再加入kmno4，混合均匀后，在35℃-40℃的条件下搅拌30min-40min；再加入水，升温至98℃-99℃，搅拌30min-40min，得到混合溶液；

12、向所述混合溶液加60℃-65℃的水，进行降温，再加入h2o2，密闭条件下，进行反应，反应完成后，固液分离，收集固体产物，洗涤、冻干，研磨，得到纳米颗粒。

13、在一些实施方式中，所述纳米氧化石墨烯分散液的制备方法为：将纳米氧化石墨烯与二甲基亚砜混合并超声处理30min-40min，即得。

14、在一些实施方式中，所述聚天冬氨酸与4-二甲氨基吡啶的质量比为0.1：0.006-0.008。

15、在一些实施方式中，所述聚天冬氨酸与n,n-二环己基碳二亚胺的质量比为0.1：0.05-0.08。

16、在一些实施方式中，所述聚天冬氨酸混合液中，聚天冬氨酸的质量浓度为0.006～0.01g/ml。

17、在一些实施方式中，反应的条件为在65℃-70℃、通氮气环境下搅拌24h-32h。

18、本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料缓蚀剂。

19、本发明的第三个方面，提供了上述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料缓蚀剂在缓解金属腐蚀中的应用，所述金属包括但不限于：q235碳钢。

20、本发明所属的缓蚀剂在缓解金属腐蚀的应用中，只需要投加少量至水体中即可实现高效的缓蚀效果，操作更为简单、成本较低。本发明的特点在于利用氧化石墨烯和聚天冬氨酸的优点，以及二者聚合形成的新的纳米材料的立体结构的优势，既可在金属表面成膜保护金属，又可增加对腐蚀离子的去除。

21、本发明的有益效果

22、(1)缓蚀效果好。本发明提供的缓蚀剂可以在金属表面形成保护膜，所形成的多层立体结构可以让腐蚀离子进入结构中，从而结合更多的腐蚀离子，起到高效的缓蚀效果。

23、(2)环境友好型。本发明中所用缓蚀剂符合绿色化学的要求，排放到环境中不会造成二次污染。

24、(3)可操作性高。本发明中所提供的缓蚀剂只需要投加到水体中即可，相较于其他方式的缓蚀方式操作更为简单。

25、(4)成本低。本发明中所使用的材料价格相对较低，反应条件相对温和，对于实际应用来说其成本相对较低。

26、(5)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。

技术特征：

1.一种氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.01～0.015g/ml。

3.如权利要求1所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化石墨烯的制备方法包括：

4.如权利要求1所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化石墨烯分散液的制备方法为将纳米氧化石墨烯与二甲基亚砜混合并超声处理30min-40min，即得。

5.如权利要求1所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，所述聚天冬氨酸与4-二甲氨基吡啶的质量比为0.1：0.006-0.008。

6.如权利要求1所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，所述聚天冬氨酸与n,n-二环己基碳二亚胺的质量比为0.1：0.05-0.08。

7.如权利要求1所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，所述聚天冬氨酸混合液中，聚天冬氨酸的质量浓度为0.006～0.01g/ml。

8.如权利要求1所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，其特征在于，反应的条件为在65℃-70℃、通氮气环境下搅拌24h-32h。

9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料缓蚀剂。

10.权利要求9所述的氧化石墨烯-聚天冬氨酸纳米材料缓蚀剂在缓解金属腐蚀中的应用，其特征在于，所述金属包括但不限于：q235碳钢。

技术总结
本发明属于金属防腐蚀领域，公开了一种氧化石墨烯‑聚天冬氨酸纳米材料的制备方法，包括：将纳米氧化石墨烯分散在溶剂中，得到纳米氧化石墨烯分散液；聚天冬氨酸、4‑二甲氨基吡啶和N,N‑二环己基碳二亚胺溶解在有机溶解中，得到聚天冬氨酸混合液；将所述纳米氧化石墨烯分散液和聚天冬氨酸混合液按照纳米氧化石墨烯与聚天冬氨酸质量比为1：1‑1.5的比例混合均匀，在一定温度和惰性气氛保护下，进行反应，反应完成后，固液分离，收集固体产物，即：氧化石墨烯‑聚天冬氨酸纳米材料。本发明所属的缓蚀剂在缓解金属腐蚀的应用中，只需要投加少量至水体中即可实现高效的缓蚀效果，操作更为简单、成本较低。

技术研发人员：宋超,李雨桐,宫世初,王曙光
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17