固定化酶环氧复合涂层在循环冷却水系统中的应用

摘要

炼化企业循环冷却水系统内普遍存在着换热设备腐蚀、微生物滋生等问题，为控制换热设备腐蚀，通常投加缓蚀剂和杀菌灭藻剂，控制腐蚀离子以及微生物，但这些药剂性能会受到泄漏物料的影响，过量使用排入环境会造成二次污染。此外，表面涂层防护也是控制金属腐蚀行之有效的方法。近年来，随着人们环保意识的增强，传统的金属涂层保护或表面处理方法面临严峻挑战，因此需寻求新的环境友好的表面涂层技术。 本文研究了一种绿色环保的生物酶涂层，制备出了纳米二氧化硅改性环氧复合涂层、固定化脂肪酶/环氧复合涂层和固定化溶菌酶/环氧复合涂层三种新型防腐蚀涂层。 首先通过对纳米SiO2进行表征及分散性分析，制备了不同纳米SiO2含量的环氧复合涂层并对其进行性能分析。然后用SiO2为载体分别固定化脂肪酶和溶菌酶，制备固定化脂肪酶/环氧复合涂层和固定化溶菌酶/环氧复合涂层，并通过固定化脂肪酶、固定化溶菌酶添加量的变化，分析复合涂层的性能。最后将制备的固定化脂肪酶/环氧复合涂层、固定化溶菌酶/环氧复合涂层、单一环氧涂层分别进行耐久性实验。 实验表明纳米SiO2颗粒加入量为1%~4%时，硬度可达到3H，附着力达到1级，通过电化学测试，纳米SiO2含量为2%环氧复合涂层容抗弧最大，防腐蚀性能最佳；当添加2%质量分数的固定化脂肪酶时，涂层的硬度最大，当添加1%的固定化脂肪酶时，涂层附着力性能最佳，当添加2%质量分数的固定化脂肪酶时，涂层防腐蚀效果最好；随着涂层中固定化溶菌酶含量的增加，涂层的硬度与附着力随之增强，固定化溶菌酶含量为1.5%环氧复合涂层防腐蚀性能最佳；耐久性实验显示，固定化脂肪酶/环氧复合涂层可以维持48h防腐特性，固定化溶菌酶/环氧复合涂层可以保持24h防腐特性，而单一环氧涂层浸泡8h后涂层阻抗值就发生明显下降，且复合涂层保护下的金属腐蚀率低于单一环氧涂层保护下的金属腐蚀速率；生物酶环氧复合涂层的防腐效果会随着浸泡时间的增长而减弱，浸泡10d内，溶菌酶涂层的防腐性能要优于脂肪酶，浸泡10d后，脂肪酶涂层的防腐性能更好，浸泡30d后，清漆涂层的缓蚀能力大大降低，而溶菌酶涂层和脂肪酶涂层仍然具有较高的缓蚀率，说明生物酶的存在提高了环氧涂层的防腐蚀性能。

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景及来源

1.2 循环水系统腐蚀现状

1.2.1 换热器腐蚀原因

1.2.2 换热器腐蚀分类

1.3 涂层防护方法的研究进展

1.3.1 环氧树脂的基本性能及研究进展

1.3.2 纳米材料的特殊性能

1.3.3 纳米二氧化硅改性环氧树脂研究现状

1.3.4 固定化生物酶的研究现状

1.3.5 涂层防护发展趋势

1.4 课题研究方案

1.4.1 研究方法

1.4.2 技术路线

1.4.3 课题的创新性

第二章 实验材料和方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 纳米SiO2涂层的制备及性能测试

2.2.2 固定化脂肪酶涂层的制备及性能测定

2.2.3 固定化溶菌酶涂层的制备及性能测试

2.2.4 涂层耐久性试验

第三章 纳米二氧化硅改性环氧涂层的耐腐蚀性研究

3.1 纳米SiO2表征分析

3.1.1 纳米SiO2扫描电镜和透射电镜

3.1.2 纳米SiO2氮气吸附-脱附实验

3.1.3 纳米SiO2分散性分析

3.2 纳米SiO2涂层物理性能分析

3.2.1 硬度

3.2.2 附着力

3.3 纳米SiO2涂层的电化学性能测试

3.4 小结

第四章 固定化脂肪酶改性环氧涂层的耐腐蚀性研究

4.1 固定化脂肪酶表征

4.2 固定化脂肪酶活性分析

4.3 固定化脂肪酶环氧涂层硬度和附着力分析

4.4 固定化脂肪酶/环氧复合涂层电化学性能测定

4.5 游离性脂肪酶缓蚀性能机理研究

4.5.1 失重法测定脂肪酶缓蚀率

4.5.2 电化学法测定游离性脂肪酶在循环水中的极化曲线

4.5.3 游离性脂肪酶作用于碳钢表面前后的形貌分析

4.5.4 脂肪酶在碳钢表面的吸附等温式

4.6 结论

第五章 固定化溶菌酶改性环氧涂层的耐腐蚀性研究

5.1 固定化溶菌酶表征

5.2 涂层溶菌酶酶活性分析

5.3 固定化溶菌酶/环氧复合涂层硬度和附着力分析

5.3.1 硬度测定

5.3.2 附着力测定

5.4 固定化溶菌酶/环氧复合涂层电化学性能测定

5.5 游离性溶菌酶缓蚀性能机理研究

5.5.1 形貌分析

5.5.2 腐蚀产物分析

5.6 小结

第六章 耐久性试验

6.1 固定化脂肪酶环氧涂层浸泡实验分析

6.2 固定化溶菌酶环氧涂层浸泡实验分析

6.3 单一环氧树脂涂层浸泡实验分析

6.4 比较不同配方涂层保护下碳钢的腐蚀速率

6.5 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢