名称：一种植物基高效缓蚀复合融雪剂及其制备方法和使用方法、一种植物型复合高效缓蚀剂及其制备方法和应用

专利人： 新疆交通科学研究院

专利号：ZL202011580746.6、ZL202011582391.4

技术领域

本发明属于环境技术领域，特别是涉及一种植物基高效缓蚀复合融雪剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

雪灾或者冰冻地区，路面、机场道面、桥面会经常出现积雪冰冻现象，严重阻碍了交通出行、人民正常生活和经济发展。同时在大纵坡、桥面匝道、转弯等特殊地段的车辆事故发生率也呈上升趋势，据《全国道路交通事故统计年报白皮书》统计，30％的交通事故由恶劣天气导致。Marquette大学的Kuemmel等人经长期观测和统计，有效的道路融雪化冰措施可降低约88.3％的冬季交通事故发生率，百公里道路死亡人数可降低73.4％。因此，路面、道面、桥面的除雪融雪问题已经成为人们关注的焦点。

目前为止，主要的除雪方法有人工除雪、机械除雪和撒融雪剂等。融雪剂又被称为除冰盐、道路防冻剂，主要成分是氯化钠、氯化钙、氯化镁等盐类，由于氯盐融雪剂的价格便宜，使用方法简单，在一些大城市中被广泛的使用。近些年来发现，大量使用含氯离子的融雪剂使绿色植被死亡，高速公路、桥梁等路面严重腐蚀，污染周围的水资源，破坏自然生态环境。

近年来国内外研究开发了有机类或复合类融雪剂：如钙镁醋酸盐、醋酸钾、氯盐+非氯盐+阻锈剂。但由于有机类融雪剂价格高昂，虽然环保，但难以推广。所以，氯化钠虽不环保、不绿色，但一些发达国家目前仍将其作为融雪剂使用。

我国地域辽阔，冬季漫长，降雪频繁，氯盐型融雪剂由于价格低廉，被广泛使用。大量研究表明氯盐型融雪剂在城市大量使用后引发绿色植物大量死亡的现象日益增多，对农作物种子发芽的抑制效应呈显著上升趋势。融雪剂的理化作用和腐蚀性很强，会对沥青路面和混凝土路面造成慢性破坏，特别是以桥梁为主的建筑物造成严重的腐蚀破坏。

新型的除冰融雪剂应具备以下特点，一是对人的身体健康无害；二是对金属的腐蚀性和对基础设施的损坏作用较小；三是对动植物和周围的生态环境的负面影响较小；四是融雪效果好，可替代氯化钠型除冰融雪剂，同时还要具有合理的性价比。

现有技术中氯盐型融雪剂，虽然也添加了缓蚀剂，但是缓蚀效果低，对碳钢具有腐蚀性。没有兼顾融雪剂对植被的影响，长期使用，融雪剂累积到一定程度会造成植被的死亡。对混凝土结构物有腐蚀，会减少混凝土强度，混凝土脱落。

发明内容

针对上述技术问题，为了降低氯盐型融雪剂对钢筋等金属结构物的锈蚀、减少融雪剂对混凝土结构物、沥青路面的腐蚀，减少对植物和周围的生态环境的负面影响，提高交通安全，本发明提供一种具有环保、高效、缓蚀特点的植物基高效缓蚀复合融雪剂。通过融雪剂融雪化冰机理，采用复配的方法得到融雪性能优于氯化钠的复合盐融雪剂；根据金属腐蚀机理和缓蚀剂缓蚀原理，选用既能在金属表面形成防腐的沉淀膜又能抑制氯离子迁移运动，同时为绿色植物提高生长元素的成分，经复配后达到环保、高效、缓蚀的新型复合环保融雪剂。本发明还提供了所述的植物基高效缓蚀复合融雪剂的制备方法和使用方法。
技术领域

本发明属于缓蚀剂技术领域，特别是涉及一种植物型复合高效缓蚀剂及其制备方法。

背景技术

金属防护的方法有很多，其中通过缓蚀剂来保护金属的方法因其具有用量少、见效快、来源广泛、适用性强等特点而前景广阔。缓蚀剂的类型因划分方式而异分类为：根据它本身的物性可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两种；根据所应用的介质类型又可分为酸性缓蚀剂、中性缓蚀剂和碱性缓蚀剂。研究较早的缓蚀剂为铬酸盐、汞盐等为主的无机缓蚀剂，但是随着缓蚀剂的发展，这类有毒、有害的无机缓蚀剂的应用正在减少。

常用的酸洗缓蚀剂中，主要包括含有毒铬酸根的无机缓蚀剂，有机磷、氮、氧、硫及其衍生物，如咪唑啉及其盐、季铵盐类、松香衍生物、磺酸盐、亚胺乙酸衍生物及炔醇类等。含氮缓蚀剂虽然具有良好的缓蚀效果，但其大多为杂环类化合物，毒性大，对人体和自然环境均会造成较大的伤害。

随着绿色生态文明建设的提出及绿色发展理念的不断深入和践行，环境友好型植物缓蚀剂的研发愈来愈受到国内外学术界的关注。植物缓蚀剂具有无毒、无污染、成本低廉以及材料易取等优点，将在缓蚀剂的发展中起到重要的作用。

2008年，Raja等(Raja P B，Sethuraman M G.Inhibitive effect of black pepper extract on the sulphuric acid corrosion of mild steel[J].Materials Letters，2008，62(17-18):2977-2979)通过研究发现，黑胡椒提取物对软钢在1.0mol/L的H2SO4中具有良好的缓蚀作用，缓蚀率随温度的上升而增大。Okafor等(Okafor P C，Ikpi M E，Uwah I E，et al.Inhibitory action of Phyllanthus amarus extracts on the corrosion of mild steel in acidic media[J].Corrosion Science，2008，50:2310-2317)采用失重法和量气法研究了苦味叶下株提取物对软钢在2.0mol/L的HCl和2.0mol/L的H2SO4溶液中的缓蚀作用，发现该提取物对软钢在两种无机酸介质中均具有良好的缓蚀作用，缓蚀性能随温度的升高而不断增强；且在钢表面的吸附类型主要为化学吸附。2009年，Ostovari A等(Ostovari A，Hoseinieh S M，Peikari M，et al.Corrosion inhibition of mild steel in 1M HCl solution by henna extract:A comparative study of the inhibition by henna and its constituents(lawsone，gallic acid，a-D-glucose and tannic acid)[J].Corrosion Science，2009，51:1935-1949)研究了散沫花(henna)的提取物还有它的主要成分散沫花素、单宁酸、五倍子酸、ɑ-d-葡萄糖对低碳钢在1.0mol/L的HCl溶液中的缓蚀作用。2015年，Fiori-Bimbi等(Fiori-Bimbi M V，Alvarez P E，Vaca H，et al.Corrosion inhibition of mild steel in HCl solution by pectin[J].Corrosion Science，2015，92(1):192-199)研究了在盐酸介质中果胶对低碳钢的缓蚀效果，发现随着果胶浓度的增加，缓蚀率会增加，果胶是一种很好的混合型抑制剂。现有的缓蚀剂对碳钢具有缓蚀效果，没有提及对植物和混凝土的缓蚀效果；另以植物为原料提取的缓蚀剂，成本高、提取有效成分效率低，难以形成工业化生产。现有的缓蚀剂的制备方法复杂，制备过程中产生化学污染。

发明内容

为了减少氯盐型融雪剂对金属结构物的锈蚀，同时减少盐类对植被的影响和对混凝土结构物的腐蚀，同时减缓非饮用水金属输水管线的锈蚀。本发明的目的在于提供一种植物型复合高效缓蚀剂。本发明还提供了所述的植物型复合高效缓蚀剂的制备方法和应用。

本发明采用的技术方案是：

一种植物型复合高效缓蚀剂，由如下质量百分比的原料制成：植物12-66.0％、钼酸钠5.0-16.0％、葡萄糖酸钠1.5-12％、酒石酸钠3.5-25％、硫酸锌0-23％和磷酸二氢钾4.0-23.0％。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂，其中，由如下质量百分比的原料制成：植物50.8-65.8％、钼酸钠5.8-7.9％、葡萄糖酸钠3.5-6.8％、酒石酸钠6.5-12.3％、硫酸锌3.0-6.0％和磷酸二氢钾4.3-19.0％。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂，其中，所述植物为海带或褐藻类植物。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂，其中，所述植物为干海带。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂，其中，由如下质量百分比的原料制成：植物65.7％、钼酸钠7.9％、葡萄糖酸钠5.3％、酒石酸钠10.5％、硫酸锌5.3％和磷酸二氢钾5.3％。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂，其中，由如下质量百分比的原料制成：植物56.82％、钼酸钠6.82％、葡萄糖酸钠4.55％、酒石酸钠9.09％、硫酸锌4.54％和磷酸二氢钾18.18％。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在常温、干燥环境下，将植物用万能破碎机破碎至80μm以下，得到植物粉末；

(2)按配比准备原料，将钼酸钠、葡萄糖酸钠、酒石酸钠、硫酸锌和磷酸二氢钾加入到步骤(1)中所述植物粉末中，研磨至80μm以下，形成粉末状植物型复合高效缓蚀剂。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂在融雪剂中的应用，按照2-4％的质量比添加入含有氯盐型的融雪剂中使用，所述含氯盐由氯化钠、氯化钙和氯化镁中的两种或三种组成。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂，具有以下优点：

(1)本发明缓蚀剂，原材料广泛、环保，可直接添加到氯盐型融雪剂中，添加剂量少，对氯盐型融雪剂具有广谱、稳定的缓蚀效果。

(2)本发明缓蚀剂具有较高活性，缓蚀效率高，在10-20wt％的氯化钠溶液中，缓蚀率可达到85％以上，碳钢腐蚀率可小于0.03mm/a。同时为绿植生长提供所需的营养元素，如氨基酸、维生素、葡萄糖、钾离子、磷酸根离子、锌离子、极大改善了氯盐型融雪剂将植物“渴死”的现象。

(3)本发明缓蚀剂中植物如海带不仅含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质，而且还含有褐藻酸、甘露醇、氨基酸、岩藻黄素、甾醇类化合物和不饱和脂肪酸、果胶等成分，这些成分中有大量的含N、O的官能团，如氨基、羟基、醛基等，所述植物通过N、O原子上的孤对电子和Fe的空d轨道形成配位键吸附于碳钢表面的反应活性位点，改变碳钢的表面状态，与其他化学成分产生协同效应，抑制腐蚀反应的发生，从而具有缓蚀作用。同时植物如海带含有的胶质体中含有的果胶，阻止氯离子迁移运动，有效阻止金属的锈蚀和氯离子对混凝土的渗透作用，具有对混凝土结构物、金属结构物，缓蚀率高，低腐蚀的特点。在保证冬季道路行车安全的同时，提高道路沿线设施、结构物的耐久性和环境的可持续发展。

(4)本发明采用缓蚀剂复配增效的方法，充分发挥各组分的协同作用，具有优异的缓蚀效果，缓蚀率均达到85％以上。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂的制备方法，制作过程简单，不产生二次环境污染，利于推广应用。

本发明所述的植物型复合高效缓蚀剂在融雪剂中的应用，可以达到缓蚀高效的效果。

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。