SERS技术对聚天冬氨酸缓蚀性能的研究

Posted 2023-01-13 天冬

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随着对聚天冬氨酸(PASP)研究的日益深入，对其缓蚀、阻垢性能已经有了一定的了解。但合成、缓蚀研究报道甚少。不同途经合成的聚天冬氨酸产物在分子量范围、产率、可生物降解性能等有显著差异。表面增强拉曼散射(SERS)技术可有效分析聚合物的吸附状态、缓蚀及阻垢机理、与膜表面的作用机理等。
本文在前文基础上，用磷酸作催化剂热缩聚法合成了绿色水处理剂聚天冬氨酸，测试了合成产物对碳钢的缓蚀性能，用SERS技术研究了在碳钢表面的吸附以及对碳钢的缓蚀机理。L天冬氨酸，含量>99%；磷酸、氨水、马来酸，均为化学纯试剂。Agilent1100型凝胶色谱仪(美国)，TSKGMPWXL78×300凝胶柱，005mol/LNa2SO4流动相，流速为05mL/min，以分子量为4500的聚丙烯酸为标样；NicoletNexus型傅立叶变换红外光谱仪(美国)，KBr压片；LabramⅡB型共聚焦显微拉曼光谱仪(法国Dilor公司)，HeNe激光器做激光光源，波长为63281nm，激光到达样品表面的功率为6mW，显微物镜为10倍焦距，光斑直径为300μm，积分时间为200s。将20gL天冬氨酸、20g高纯水和2mL磷酸加入反应器内，250℃反应约4h，冷却后得到粘稠聚合物，用碱性溶液稀释得到不同浓度的聚天冬氨酸的钠盐溶液。将上述溶液用盐酸中和，加入乙醇，通过调节亲水/亲油平衡而使聚天冬氨酸沉淀，减压干燥，得到块状聚天冬氨酸，粉碎成浅黄色粉末。
以碳钢为试样，在模拟冷却水装置中投加聚天冬氨酸，投加量分别为20、50和100mg/L，在pH=8，50℃下恒温72h进行旋转挂片实验。模拟冷却水成分：HCO-3为115mmol/L，Ca2+为605mg/L，Mg2+为143mg/L，Cl-为20mg/L。将1mm×10mm×10mm的碳钢片在室温下浸入体积分数为20%的盐酸溶液，几分钟后用蒸馏水充分洗涤刻蚀后的碳钢表面，除去残余的氯化亚铁等物质，在100mg/L的聚天冬氨酸溶液中浸5min，取出用乙醇洗涤，浸入0001mol/L的硝酸银溶液中，34h后取出，用蒸馏水洗除去过量的硝酸银，用滤纸将表面吸干。样品在共聚焦显微拉曼光谱仪上进行SERS测定。
结果与讨论
PASP的IR谱上，1600cm-1是酰胺基羧酸中羰基的特征峰，1400cm-1是羧酸根的吸收峰，3300～3500cm-1是羟基宽吸收带，600～1300cm-1是C—C的吸收带。与文献相符。
由GPC测得合成所得到的聚天冬氨酸产物的重均分子量为5000。
聚天冬氨酸对碳钢的缓蚀作用见图1。PASP对碳钢的缓蚀率随着PASP的浓度增大而逐渐升高，浓度在50mg/L以上时，缓蚀率增加趋势变缓，浓度为100mg/L时，对碳钢的缓蚀率达到93%。
由图2可知，1566cm-1是聚天冬氨酸中CO的对称伸缩振动峰；1392cm-1是COO-的振动峰；1130、1238cm-1是C—N的伸缩振动峰；933cm-1是C—COO-的伸缩振动峰；561cm-1处是氢氧化铁峰；722cm-1处是COO-的变形伸缩振动峰。聚天冬氨酸吸附在铁表面后，出现了561cm-1处的氢氧化铁峰；COO-的对称伸缩振动峰发生了红移，从1405cm-1附近移到1392cm-1，同时在722cm-1附近出现了COO-的变形伸缩振动峰，说明聚天冬氨酸中的羧基的振动得到增强，可以认为是通过聚天冬氨酸中的COO-基团化学吸附在铁的表面，属于电荷转移增强机制。而在1130cm-1和1240cm-1附近的C—N伸缩振动峰强度没有明显变化，说明氮原子没有吸附在铁表面。