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扬大学生用纳米技术解决金属腐蚀 填补国内空白

发布时间:2016-11-03

众所周知,潮湿环境中,钢铁的表面容易形成一层电解质溶液的薄膜。钢铁接触电解质溶液之后,活泼金属因为电化学反应而被腐蚀,导致资源浪费,如何高效环保解决金属腐蚀问题呢?近日,扬州大学化工学院的一群学生就在该学院专业教授的指导下发明了一种高分子材料解决了此难题,并填补了国内行业空白。

阻止金属腐蚀不环保

扬大教授带领学生发明新材料

扬州大学化学化工学院大四学生芮敏是该项目的负责人,她告诉记者,她查阅了大量资料发现,金属腐蚀造成的经济损失十分巨大,每年全球金属腐蚀造成的经济损失占GDP总量的4%左右。谈起一些高分子材料,很多人都觉得离生活很远,其实并不是,它与我们的生活很近,比如现在的这个发明创新就是针对金属的腐蚀问题。

芮敏介绍,在国际市场上,最常用的技术是通过在金属表面涂覆有机涂层,实现金属与腐蚀介质的隔离,从而达到抑制金属腐蚀的目的。同时,为了提高涂层的腐蚀防护能力,通常会添加铅、铬等强致癌重金属缓蚀剂。而目前市场上广泛使用的是以重金属锌作为缓蚀材料的富锌涂料,但其不可忽略的环保及效能等方面的缺陷也不断凸现。

朱爱萍教授就表示,富锌涂料在较酸性环境使用过程中,富锌底漆中锌粉的高速消耗严重制约了产品的使用寿命,并且在长期使用过程中,伴随着锌粉的氧化,底漆涂层中会产生大量微小空洞,严重削弱了涂层的附着能力,使涂层剥落,最终造成大量额外的腐蚀损耗。

这种材料在生产时,也并不环保,在锌粉的生产过程中往往伴随着大量的能源资源消耗并有大量废弃物质的排放,对自然环境产生严重污染并造成恶劣影响。朱爱萍表示,在这样的前提下,她带领学生决定试试用最新的材料技术,让金属减少这种腐蚀。而伴随着新型材料的迅速发展和成熟,高聚物复合材料,作为一种新型防腐材料的运用也在防腐领域表现出强大的生命力与发展潜能。

防腐能力比原来强十倍

获全国大学生创新大赛二等奖

芮敏表示,本产品用的是聚苯胺/碳纳米管的复合纳米材料,是在朱爱萍教授的指导下研制的碳纳米管与导电聚合物的复合材料,填充聚苯胺/碳纳米管的金属防腐涂层,可利用复合材料可逆的氧化还原活性,使与其接触的金属表面持续地钝化为一层致密的氧化膜,从而使金属得到有效的腐蚀保护。另一方面,利用复合材料的导电性,在金属界面产生电场,这个电场方向与电子传递方向相反,能够阻碍电子从金属向介质中氧化物传递,起到电子传递的屏障作用,从而起到防腐效果。

实际应用中发现,添加1%的本产品可达到70%锌的效果,虽然产品价格较高,但性价比却比锌的要高。芮敏告诉记者,不仅如此,我们研发的材料防腐能力比锌强近10倍,延长了绝大多数金属的使用寿命。据芮敏介绍,该产品工业化生产中真正做到了零污染、零排放,产生良好的生态效益。

聚苯胺/碳纳米管复合材料是无毒无害的材料,且生产过程排出的水、乙醇等都是可循环利用的。相比重金属防腐材料,本产品在使用过程中不会产生有毒的重金属离子,具有无毒环保的特点。本产品是一种新型的绿色防腐涂料添加剂。

朱爱萍教授介绍,项目团队研发的聚苯胺/碳纳米管复合纳米材料是一种新型高分子材料添加剂,克服了结构形貌的可调控、放大过程中质量控制以及废水的循环利用等多个技术难题,推动了碳纳米管与聚苯胺的工业应用,最终实现了工业和生产。研发得到的新型复合材料拓展了应用领域,这项技术也填补了国内的空白。

近日,在第四届全国大学生高分子材料创新大赛上,该研发从369件参赛作品中脱颖而出获得了二等奖。未来1~3年内,我们会将这项技术专业化生产,并投入到市场。朱爱萍教授说。 

来源: 中国新材料网


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