一种氨基酸‑氧化石墨烯复合缓蚀剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氨基酸‑氧化石墨烯复合缓蚀剂，其中氨基酸和氧化石墨烯的质量配比为10～1000:1，所述的氨基酸为L‑丝氨酸。本发明专利技术还公开了一种具有缓蚀性能的体系，其为含盐溶液或稀酸溶液，并且分散有5～20mmol/L氨基酸和10～50mg/L氧化石墨烯。本发明专利技术还公开了所述具有缓蚀性能的体系的制备方法。所述氨基酸‑氧化石墨烯复合缓蚀剂在强酸或海水条件下可有效减缓金属的腐蚀，尤其适用于工业铜材料在酸性或海水条件的缓蚀，而且其中的氨基酸和氧化石墨烯均为毒性较低的原料，可保证复合缓蚀剂的低毒环保性。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂及其应用
本专利技术涉及缓蚀剂
，具体涉及一种氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂，及包含其的具有缓蚀性能的体系及其配置方法和应用。
技术介绍
随当代金属材料学的不断发展，金属在工农业、建筑业、航天航空、电子信息等多领域的应用越来越广泛。而在化学化工行业，金属材料如钢铁、铜及其合金等容易受到所处环境介质影响而在金属界面发生化学或电化学反应从而受到损坏，从而形成金属腐蚀。例如在化工生产过程中，金属机械设备常与强腐蚀性介质(如酸、碱、盐等)接触，特别是在高温高压及高流速的工艺条件下，腐蚀问题显得更为突出和严重。据统计，全球每年金属损失总量的10％～20％是由腐蚀造成的，就中国每年钢材产量达2.2亿万吨而言，相当于2200万吨钢材由于腐蚀被消耗。金属腐蚀的危害很大，除了会损坏工业设备，缩短其使用寿命，还可能引起火灾、爆炸等灾难性事故的发生。这不仅大大提高工业成本，引起巨大经济损失，还会造成严重资源浪费及环境污染。于是开发有效的金属腐蚀防护手段至关重要。然而，当下市售的无机和有机缓蚀剂均具备一定的毒性，可对人体的肾脏或肝脏等人体器官造成损害。因此，寻找和开发高效率、低毒性的绿色缓蚀剂成为缓蚀剂发展的一个新的趋势。
技术实现思路
针对现有技术中的缓蚀剂具有毒性的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种缓蚀效果好且低毒的绿色环保的氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂，所述氧化石墨烯复合缓蚀剂可有效减缓金属尤其是铜材料在强酸或海水条件下的腐蚀。所述氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂中，所述的氨基酸为L-丝氨酸或者其衍生物，氨基酸和氧化石墨烯的质量配比为10～1000:1优选40～250:1。制备所述氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂时，可将氨基酸和氧化石墨烯粉末同时分散在溶剂中，在溶剂中进行复合得到氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂。其中氧化石墨烯粉末原理可选用片层较薄的氧化石墨烯粉末，先使用甲醇/水混合溶剂进行分散，除去溶剂可制得小片径的氧化石墨烯粉末，其中甲醇可减压蒸除，水可烘干去除。小片径的氧化石墨烯粉末即可较为容易地分散在溶剂中和氨基酸通过超分子作用力进行复合。含有氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂的分散液无需将氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂分离出来，可直接加入酸性、冷却循环水或海水中，实现在工业金属缓蚀中的应用，尤其是在铜材料缓蚀中的应用。因此，本专利技术的第二目的就在于提供一种具有缓蚀性能的体系，其为含盐溶液或稀酸溶液，并且分散有1～30mmol/L优选5～20mmol/L氨基酸和0.5～50mg/L优选10～50mg/L氧化石墨烯。该体系可作为工艺用水，比如循环水、冷却水等等，其中的氨基酸和氧化石墨烯通过超分子作用力进行复合形成氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂，可有效提高体系的缓蚀性能。其中，含盐溶液可以是海水，或者其他溶有无机盐比如钠盐、钾盐等的溶液；稀酸溶液可以是稀盐酸、稀硝酸以及稀硫酸等等。所述具有缓蚀性能的体系可通过以下步骤配置：(a)将片层的氧化石墨烯粉末分散于甲醇/水中得到氧化石墨烯的甲醇/水分散液，减压蒸馏除去甲醇后烘干，制得小片径氧化石墨烯粉末，再将小片径氧化石墨烯粉末溶于水中，制得氧化石墨烯分散液；(b)将定量的氨基酸溶液和步骤(a)制得的氧化石墨烯分散液混合，然后使用体系溶剂定容，控制氨基酸的终浓度为1～30mmol/L优选5～20mmol/L，氧化石墨烯的终浓度为0.5～50mg/L优选10～50mg/L，分散均一即得具有缓蚀性能的体系；所述体系溶剂为盐水或稀酸。较佳的，步骤(a)中，所述片层的氧化石墨烯粉末通过以下步骤制备：(a1)在冰水浴条件下，向装有浓硫酸的反应瓶中，搅拌下加入石墨粉和硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入高锰酸钾，控制反应温度不超过10℃，继续搅拌1～5小时后取出，在室温下搅拌反应3～10天；其中，石墨烯和硝酸钠的重量比为1：0.25～1，石墨烯和高锰酸钾重量比为1：1.5～6；然后用质量分数5％的H2SO4溶液对反应液进行稀释，搅拌1～5小时后，加入3～6mL的H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应1～2小时离心分离得到固体；然后用浓度为1mmol的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl在过滤时反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤3～5次至pH≈7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨烯；(a2)将步骤(a1)制得的氧化石墨烯在40℃的真空干燥箱中充分干燥，然后加入去离子水中，60W功率超声约1～5小时，沉淀过夜，取上层液，离心清洗后放入烘箱内20～60℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯粉末。较佳的，步骤(a)中，乙醇/水的混合液中乙醇和水的体积比为1:0.5～2，优选1:1。较佳的，步骤(a)中控制所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为1～100mg/mL；步骤(b)中所用的氨基酸水溶液中氨基酸的溶度为50～200mmol/L。本专利技术的有益效果：本专利技术应用具备一定缓蚀效果的L-丝氨酸为原料，以氧化石墨烯为添加料，构建出一种氧化石墨烯复合缓蚀剂，所述氧化石墨烯复合缓蚀剂在强酸、强碱或海水条件下可有效减缓金属的腐蚀，尤其适用于工业铜材料在酸性、碱性或海水条件的缓蚀，而且所述氧化石墨烯复合缓蚀剂中的L-丝氨酸和氧化石墨烯均为毒性较低的原料，可保证所述氧化石墨烯复合缓蚀剂的低毒环保性。附图说明图1为本专利技术的氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂的透射电镜图；图2为本专利技术的效果实施例的电化学阻抗谱图；图3为纯铜试样在盐酸溶液中浸泡后的铜片表面形貌；图4为纯铜试样在本专利技术的氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂中浸泡后的铜片表面形貌。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限定本专利技术的范围。实施例1复合缓蚀稀盐酸体系的配置步骤：(1)在冰水浴中装配好500mL的反应瓶，加入100mL浓硫酸，磁力搅拌下加入2g石墨粉和1g硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入6g高锰酸钾，控制反应温度不超过10℃，在冰浴条件下搅拌3小时后取出，在室温下搅拌反应5天。然后用质量分数5％的H2SO4溶液对反应液进行稀释，搅拌3小时后，加入5mL的H2O2，溶液变成亮黄色，搅拌反应2小时离心分离得到固体；然后用浓度为1mmol的H2SO4、H2O2混合溶液以及HCl在过滤时反复洗涤、最后用蒸馏水洗涤3～5次至pH≈7，得到的黄褐色沉淀即为氧化石墨烯。(2)将步骤1制得的氧化石墨烯在40℃的真空干燥箱中充分干燥，加入去离子水中，60W功率超声约3小时，沉淀过夜，取上层液离心清洗后放入烘箱内20～60℃干燥，即得片层较薄的氧化石墨烯粉末。(3)将适量的步骤(2)制得片层较薄的氧化石墨烯粉末置于甲醇/水的混合液中，室温下，超声20分钟，离心，取离心管上层液体，得到氧化石墨烯的甲醇/水分散液，减压蒸馏后，放入烘箱烘干，制得小片径氧化石墨烯粉200mg。(4)将步骤(3)制得的小片径氧化石墨烯粉末溶解于水中，超声10分钟，制得2mg/mL的氧化石墨烯分散液。然后将200mmol/L的L-丝氨酸盐酸溶液与氧化石墨烯分散液混合，以1mol/L的稀盐酸定容，制成L-丝氨酸-氧化石墨烯复合物的分散液，使L-丝氨酸的终浓度为20mmol/L、氧化石墨烯的终浓度为10mg/L、20mg/L、40mg/L和50mg/L不等，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨基酸‑氧化石墨烯复合缓蚀剂，其中氨基酸和氧化石墨烯的质量配比为10～1000:1，所述的氨基酸为L‑丝氨酸。

【技术特征摘要】
1.一种氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂，其中氨基酸和氧化石墨烯的质量配比为10～1000:1，所述的氨基酸为L-丝氨酸。2.如权利要求1所述的氨基酸-氧化石墨烯复合缓蚀剂，其特征在于，氨基酸和氧化石墨烯的质量配比为40～250:1。3.一种具有缓蚀性能的体系，其特征在于，其为含盐溶液或稀酸溶液，并且分散有5～20mmol/L氨基酸和10～50mg/L氧化石墨烯。4.如权利要求3所述的体系的配置方法，其特征在于，其包括以下步骤：(a)将片层的氧化石墨烯粉末分散于甲醇/水中得到氧化石墨烯的甲醇/水分散液，减压蒸馏除去甲醇后烘干，制得小片径氧化石墨烯粉末，再将小片径氧化石墨烯粉末溶于水中，制得氧化石墨烯分散液；(b)将定量的氨基酸溶液和步骤(a)制得的氧化石墨烯分散液混合，然后使用体系溶剂定容，控制氨基酸的终浓度为5～20mmol/L，氧化石墨烯的终浓度为10～50mg/L，分散均一即得具有缓蚀性能的体系；所述体系溶剂为盐水或稀酸。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述片层的氧化石墨烯粉末通过以下步骤制备：(a1)在冰水浴条件下，向装有浓硫酸的反应瓶中，搅拌下加入石墨粉和硝酸钠的固体混合物，再缓慢加入高锰酸钾，控制反应温度不超过10℃，继续搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺晓鹏，陈国荣，冯雪晴，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31