[发明专利]一种柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及用于金属防腐蚀化合物的合成与应用技术领域，具体公开了一种柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂及其制备方法与应用。本发明通过将柠檬酸在去离子水存在的条件下进行水热反应，待反应液冷却后，分别加入去离子水、无水乙醇和三乙胺并搅拌，然后加入4‑二甲氨基吡啶，待搅拌溶解后，加入三聚氰胺粉末并搅拌溶解，然后加热进行酰胺化反应制得一种柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂，其结构式如下所示。通过失重法和电化学方法分析发现该缓蚀剂的添加可以降低碳钢的腐蚀电流密度，具有高效的缓蚀作用。同时，本发明的水溶性柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂低毒环保，易生物降解，属于环境友好型绿色缓蚀剂范畴。

技术领域

本发明涉及缓蚀剂合成技术领域，具体涉及一种柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂及其制备方法与应用。

背景技术

材料腐蚀导致的经济损失占国民经济总产值的6％，对石化行业造成的腐蚀尤为严重。从20世纪起，缓蚀剂防腐蚀方法被广泛应用于石化、海工等行业。缓蚀剂防护法具有防腐效果优异、操作简易、成本低廉、适用面广泛等优点。由于传统丙炔醇类和芳香类缓蚀剂毒性较强，环境友好型绿色型缓蚀剂的开发成为缓蚀剂合成及开发领域的热点。

功能化碳点缓蚀剂是一种适用于中性和酸化环境的绿色缓蚀剂，具有减缓金属腐蚀、减弱腐蚀速率等功能。功能化碳点分子具有丰富的官能团和杂原子，如-COOH、-OH、-NH₂和N、S、O等杂原子，具有大量地孤对电子，与金属原子的空电子轨道配合，可形成较强的物理化学吸附作用，在金属表面吸附形成致密吸附膜。功能化碳点类缓蚀剂属于吸附型缓蚀剂，可以有效降低金属腐蚀速率。

随着人们环保意识的逐渐提高，绿色化学理念对缓蚀剂的研制提出了新的更高的要求。不仅要求缓蚀剂拥有高效的缓蚀性能，而且应采用绿色环保的原料、试剂及反应过程，要求产物低毒或无毒。而碳点类缓蚀剂的主要特点在于无毒或低毒、原料来源丰富，成本经济，缓蚀性能高效。因此，功能化碳点缓蚀剂符合绿色高效缓蚀剂的要求。

目前，我国极少数单位曾报道过碳点缓蚀剂使用咪唑啉环修饰，但吸附位点较少，吸附能力弱，缓蚀效果较低。功能化碳点缓蚀剂能够具有众多的吸附位点，有利于更有效的吸附在金属表面；并且多环的碳点缓蚀剂分子也拥有一定的疏水性，使金属表面形成一层疏水的保护层，起到抑制腐蚀的作用，因此对多环碳点缓蚀剂的研制具有较大研究价值。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂，以解决现有碳点缓蚀剂缓蚀性能不够理想的问题。

本发明再一目的在于提供一种制备上述柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂的方法；

本发明再一目的在于提供上述柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂在金属防腐蚀中的应用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂，其分子结构式如下：

一种上述功能化碳点缓蚀剂的制备方法，具体步骤如下：

通过将柠檬酸在水存在的条件下进行溶剂热反应，待反应液冷却后，分别加入水、有机溶剂和三乙胺并搅拌，然后加入4-二甲氨基吡啶，待搅拌溶解后，加入三聚氰胺并搅拌溶解，然后加热进行酰胺化反应制得柠檬酸基功能化碳点缓蚀剂。

所述柠檬酸与第一次所加水的摩尔体积比为0.5～10mmol：5～20mL。

所述溶剂热反应的温度为190～220℃，反应时间为6～12h。

所述有机溶剂为乙醇、甲醇和丙酮中的至少一种。

所述第二次所加水的量满足体积比为水：有机溶剂：三乙胺＝5～10:10～20:0.5～3。

所述柠檬酸与三乙胺的摩尔体积比为0.5～10mmol：0.5～3mL。