一种缓蚀剂及其制备方法和应用

本发明涉及节能环保，尤其涉及一种缓蚀剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着水资源的日益枯竭，钢铁、化工、医药等高耗水行业的用水越来越受到限制，目前很多企业都是利用城市中水或工业企业的中水进行生产，且越来越多的企业使用中水作为循环冷却水的补水。大部分企业为了减少循环水系统的污垢，经常通过添加浓硫酸的方法控制，但是，硫酸和铁反应生成可溶性的硫酸亚铁，从而使金属铁不断地受到腐蚀，加重了循环水系统材料的腐蚀问题。

2、材料腐蚀是不容忽视的重要问题，腐蚀会导致材料破坏和设施功能失效，从而引起工程设施的结构损伤，缩短使用寿命，还可能导致油气等危险品泄露，导致灾难性事故，对人民生命财产安全造成重大威胁。钢铁及其制品因其具有优异的性价比，所以用量巨大，但是，由于其化学性质活泼，耐腐蚀性较差，腐蚀问题较为突出。目前，有机缓蚀剂是金属及其制品腐蚀防护中最简单、最经济的一种方法，有机缓蚀剂既可以单独使用，也可以作为功能填料应用到防护涂层中。目前最常用的有机缓蚀剂是有机杂环类化合物，其虽然具有较强的缓蚀性能，但是通常生物毒性较大。工业上常用磷酸酯和磺酸盐作为缓蚀剂，但是，其不能降解为无害的小分子，且当磷酸酯被转化为正磷酸盐时，还会导致水体富营养化，造成藻类过度繁殖。因此，开发一种适用于硫酸介质、且对环境友好的缓蚀剂，以有效缓解循环冷却水系统的腐蚀问题，确保循环冷却水系统安全、稳定运行，对促进我国水处理药剂的发展具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中有机缓蚀剂不能有效缓解酸性介质中工业循环冷却水系统腐蚀，以及环境友好性较差的问题，本发明提供一种缓蚀剂及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

3、一种缓蚀剂，所述缓蚀剂的结构如式ⅰ所示：

4、

5、式ⅰ。

6、相对于现有技术，本发明提供的缓蚀剂中含有n、o、p、s等电负性原子和三氮唑的共轭体系，可以提供活性电子与钢铁表面的fe形成配位键及反馈键，自发地吸附在金属表面，形成致密的多分子络合体吸附膜，从而通过化学吸附和配位螯合等多重作用抑制其电化学阴极和阳极过程，降低腐蚀电流密度，从而有效减缓金属的腐蚀速率，在加量较小的情况下，就能达到优于现有缓蚀剂的缓蚀效果，具有适用于酸性腐蚀介质、使用温度范围宽和环境友好等优点，具有较高的实用价值。

7、本发明还提供一种缓蚀剂的制备方法，以3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑和2-羟基磷酰基乙酸为原料，经脱水缩合反应制备得到所述缓蚀剂。

8、优选的，所述缓蚀剂的制备方法包括以下步骤：

9、步骤a，将3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑溶于水中，得3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑溶液；

10、步骤b，向所述3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑溶液中加入硼酸，混合均匀，加入2-羟基磷酰基乙酸，升温反应，得如式ⅰ所示的缓蚀剂，反应方程式如下。

11、

12、本发明所提供的缓蚀剂的制备方法简单，反应条件温和，操作简便，且产品收率较高，易于推广应用。

13、进一步地，所述3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑溶液的浓度为0.01g/ml-0.015g/ml。

14、进一步地，所述3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑与所述硼酸的摩尔比为1:0.04-0.06。

15、进一步地，所述3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑与2-羟基磷酰基乙酸的摩尔比为1:1.1-1.5。

16、优选的，所述3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑与2-羟基磷酰基乙酸的摩尔比为1:1.3。

17、进一步地，所述升温反应的温度为85℃-92℃，反应时间为6h-10h。

18、优选的各物质之间的加入比，以及优选的反应温度和时间，可提高3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑的转化率，降低副反应的发生，进而提高3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑-2-羟基膦酰基乙酸产品的收率和纯度。

19、进一步地，所述2-羟基磷酰基乙酸采用缓慢滴加的方式加入，滴加时间为1.5h-2h。

20、需要说明的是，上述反应时间包括2-羟基磷酰基乙酸的滴加时间。

21、优选的2-羟基磷酰基乙酸的加入方式和加入时间，可使硫代氨基脲与3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑之间充分反应，降低副反应的发生，提高3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑- 2-羟基膦酰基乙酸产品的收率和纯度。

22、作为本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种缓蚀剂组合物，包含上述的缓蚀剂。

23、该缓蚀剂可以和本领域的常规水处理剂形成组合物使用，组分之间没有不良影响。

24、本发明还提供了上述缓蚀剂在降低硫酸介质循环冷却系统腐蚀中的应用。

25、本发明提供的缓蚀剂可对应用于硫酸介质工业冷却水循环系统的设备具有较高的防护作用，显著延长了设备的使用寿命，且缓蚀剂对环境没有危害，使用方便，性能稳定，具有较高的经济和环保价值。

26、进一步地，所述缓蚀剂的添加量为100mg/l-200mg/l。

27、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

28、本发明创造性地提出了一种新型的硫酸介质中水处理用的缓蚀剂，其通过3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑和2-羟基膦酰基乙酸脱水缩合得到，是一种适用于循环冷却系统的环境友好型缓蚀剂，具有毒性小、成本低、操作简单、环境相容性好、安全高效等优点，可在硫酸介质条件下在金属表面形成致密牢固的保护膜，有效减缓金属的腐蚀速率，对a3碳钢的缓蚀率可达92.4%，有利于提高设备寿命，保护系统的安全运行，对促进我国水处理药剂的发展具有重要意义。

技术特征：

1.一种缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂的结构如式ⅰ所示：

2.权利要求1所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑和2-羟基磷酰基乙酸为原料，经脱水缩合反应制备得到所述缓蚀剂。

3.如权利要求2所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑溶液的浓度为0.01g/ml-0.015g/ml。

5.如权利要求3所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑与所述硼酸的摩尔比为1:0.04-0.06；和/或

6.如权利要求3所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述升温反应的温度为85℃-92℃，反应时间为6h-10h。

7.如权利要求3所述的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述2-羟基磷酰基乙酸采用缓慢滴加的方式加入，滴加时间为1.5h-2h。

8.一种缓蚀剂组合物，其特征在于，包含权利要求1所述的缓蚀剂。

9.权利要求1所述的缓蚀剂在降低硫酸介质循环冷却系统腐蚀中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述缓蚀剂的添加量为100mg/l-200mg/l。

技术总结
本发明提供了一种缓蚀剂及其制备方法和应用，本发明所提供的缓蚀剂的是以3‑氨基‑5‑巯基‑1,2,4‑三氮唑和2‑羟基磷酰基乙酸为原料，通过脱水缩合反应制备得到。本发明提供的缓蚀剂中含有N、O、P、S等电负性原子和三氮唑的共轭体系，可以提供活性电子与钢铁表面的Fe形成配位键及反馈键，自发地吸附在金属表面，形成致密的多分子络合体吸附膜，从而通过化学吸附和配位螯合等多重作用抑制其电化学阴极和阳极过程，降低腐蚀电流密度，从而有效减缓金属的腐蚀速率，在加量较小的情况下，就能达到优于现有缓蚀剂的缓蚀效果，具有适用于酸性腐蚀介质、使用温度范围宽和环境友好等优点，具有较高的实用价值。

技术研发人员：高玉华,李海花,刘展,闫美芳,张利辉,刘佳欣
受保护的技术使用者：河北省科学院能源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17