现代化工

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (6) : 136-140. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.06.023

科研与开发

新型有机离子液体型缓蚀剂用于金属表面的抗蚀-抗菌研究

焦树丽 ¹ ,
孙小砚 ¹^,² ,
贺焜 ¹ ,
王文文 ¹ ,
张曼 ¹ ,
孔娜 ¹ ,
王新潮 ¹^,^*

作者信息 +

Research on corrosion resistance and antibacterial properties of new organic ionic liquid corrosion inhibitors on metal surfaces

JIAO Shu-li ¹ ,
SUN Xiao-yan ¹^,² ,
HE Kun ¹ ,
WANG Wen-wen ¹ ,
ZHANG Man ¹ ,
KONG Na ¹ ,
WANG Xin-chao ¹^,^*

Author information +

文章历史 +

Received		Published
2025-08-04		2026-06-20
Issue Date	Revised Date
2026-06-16	2025-08-04

PDF (5296K)

摘要

金属在酸、碱、盐等腐蚀性介质中被腐蚀，特别是细菌等微生物极易对金属表面造成污损，其代谢产物将进一步加速金属腐蚀。因此，设计开发一款具有抑菌效果好、缓蚀效率高的有机缓蚀剂具有重要实践价值和科学意义。以对羟基苯甲醛与4-乙酰吡啶为原料，合成了一种具有抑菌作用且能在腐蚀性介质中形成致密保护层的离子液体型有机缓蚀剂，抑菌、防腐实验结果表明，该缓蚀剂能够有效吸附在金属基材上，具有高效防腐、有效杀菌的特点。

Abstract

Metals are susceptible to corrosion in aggressive media such as acids，alkalis，and salts.Particularly，microorganisms like bacteria readily foul metal surfaces，and their metabolic products can further accelerate the corrosion process.Therefore，designing and developing an organic corrosion inhibitor that exhibits both excellent antibacterial efficacy and high inhibition efficiency holds significant practical value and scientific importance.Using p-hydroxybenzaldehyde and 4-acetylpyridine as starting materials，an ionic liquid-type organic corrosion inhibitor was synthesized.This inhibitor demonstrates antibacterial activity and the capability to form a dense protective layer in corrosive environments.Results from antibacterial and anticorrosion tests indicate that the inhibitor can effectively adsorb onto the metal substrate，exhibiting high-efficiency corrosion protection and effective sterilization.

Graphical abstract

关键词

缓蚀剂 / 防腐 / 抑菌

Key words

corrosion inhibitor / anti-corrosion / bacteriostatic

Author summay

焦树丽（2003-），女，本科生，1742527434@qq.com。

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焦树丽,孙小砚,贺焜,王文文,张曼,孔娜,王新潮. 新型有机离子液体型缓蚀剂用于金属表面的抗蚀-抗菌研究[J]. 现代化工, 2026, 46(6): 136-140 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.06.023

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金属材料在能源、化工、海洋工程等领域的应用日益广泛，然而其在使用过程中普遍面临腐蚀^[1-2]问题，这不仅造成巨大的经济损失，还可能引发安全隐患和环境风险。特别是在酸、碱、盐等侵蚀性介质的环境中，金属的腐蚀速率显著加快，因此开发高效、环保的缓蚀剂成为腐蚀防护领域的研究热点之一^[3-5]。

传统缓蚀剂（如铬酸盐、亚硝酸盐等）虽具有一定的缓蚀效果，但存在毒性强^[6]、抑菌效果差、生物降解性差^[7]等问题，难以满足绿色化学的发展要求。近年来，有机离子液体因其独特的物理化学性能在腐蚀防护领域展现出巨大潜力。尤其是兼有抑菌功能的有机离子液体，其分子结构中的氧、氮、磷、硫等杂原子可以作为其在金属表面吸附的活性位点，形成一层致密的保护膜，实现“缓蚀-抑菌”双功能协同作用^[8-9]。这种特性在微生物腐蚀^[10]频发的潮湿或水环境中尤为重要，因为微生物代谢会加速金属腐蚀^[11-12]，而传统缓蚀剂无法有效抑制这一过程。

本研究拟设计合成一系列新型有机离子液体缓蚀剂。由于含氮杂环的有机分子与硫、磷类有机缓蚀剂分子相比，对生态环境影响更小，从而通过引入季铵盐、吡啶^[13]等活性基团，赋予其缓蚀与抑菌双重功能^[14-15]；结合电化学测试、表面分析及微生物抑制实验，探究其在不同腐蚀性环境中的金属防护性能与作用机制，因此，开发有效杀菌、高效防腐、亲水性较优、化学配位较强的季铵盐氮杂环类的有机离子液体型缓蚀剂^[16]具有重要的科研与实际应用价值。

1 实验过程

1.1 仪器与试剂

KQ-500DB型数控超声波清洗器（昆山禾创超声仪器有限公司），Hei-VAP型旋转蒸发仪（德国海道夫），JSM-3.5 CF型扫描电镜（日本JEOL），CHI660E型电化学工作站（上海辰华仪器）。

对羟基苯甲醛（分析纯，北京伊诺凯科技有限公司），4-乙酰吡啶（分析纯，北京伊诺凯科技有限公司），乙腈（分析纯，北京伊诺凯科技有限公司），四氢呋喃（分析纯，南京诺唯赞生物科技股份有限公司），三乙二醇（分析纯，北京伊诺凯科技有限公司），丙酮（分析纯，南京诺唯赞生物科技股份有限公司），环己烷（分析纯，南京诺唯赞生物科技股份有限公司），溴己烷（分析纯，南京诺唯赞生物科技股份有限公司）。

1.2 合成方法

1.2.1 中间体M1的合成

将1 mmol对羟基苯甲醛和2 mmol的4-乙酰吡啶加入50 mL锥形瓶中，再加入10 mL乙醇，搅拌均匀，将0.36 g氢氧化钾加入到溶液中，在200 r/min转速下搅拌1 min，混合溶液变成棕色，然后加入 3 mL质量分数25%的浓氨水，密封，300 r/min转速下搅拌，反应24 h后加入冰醋酸调pH=7，有浅黄色沉淀出现，抽滤，乙腈75℃重结晶，得到白色固体，即4-[（4，2'∶6'，4″-三联吡啶）-4'-基]苯酚。

1.2.2 中间体M2的合成

在三颈烧瓶中加入30 mL四氢呋喃（THF）溶液，取1 mmol三乙二醇加入瓶中，取2.5 mmol PBr₅缓慢加入到反应液中，室温搅拌2 h，薄层色谱法（TLC）监测，反应完成后加入1 mol/L Na₂CO₃水溶液调pH至中性。加入15 mL二氯甲烷萃取、抽真空干燥，柱层析（石油醚和乙酸乙酯体积比为4∶1），得到黄色油状产物，即1，2-双（2-溴乙氧基）乙烷。

1.2.3 中间体M3的合成

取1 mmol的1，2-双（2-溴乙氧基）乙烷和 2 mmol 4-[（4，2'∶6'，4″-三联吡啶）-4'-基]苯酚于三颈烧瓶中，加入50 mL丙酮以及2 mL的18-冠-6，回流反应12 h，得到浅黄色固体粉末，即4'-（4-{2-[2-（4-（4，2'∶6'，4″-三联吡啶-4'-基）苯氧基）乙氧基]乙氧基}甲氧基苯基）-4，2'∶6'，4″-三联吡啶，甲苯/环己烷（体积比1∶1，20 mL，70℃）重结晶，产率为75%。

1.2.4 目标缓蚀剂分子TM的合成

取7.2 mmol的溴己烷和1.0 mmol的中间体M3加入到300 mL的CH₃CN中，60℃下搅拌8 h；得到黄色粉末状固体，抽滤，用乙腈/环己烷（体积比 1∶4）混合溶液洗2~3次（15 mL/次），得到较纯净的目标产物（图1），即为1，1'，1″，1‴-[1-亚苯基）]双[4-三基]四（己-1-鎓）四溴化物，收率：43.2%，产物的熔点为173.4~175.6℃。¹HNMR（400 MHz，DMSO-d₆），δ（ppm）：9.301~9.164（m，Ar—H，8H），8.907~8.888（d，J=7.6 Hz，Ar—H，4H），8.224~8.108（m，Ar—H，8H），7.177~7.124（m，Ar—H，8H），4.680（s，—CH₂，12H），4.111~4.104（d，J=2.8 Hz，—CH₂，8H），1.969（s，—CH₂，4H），1.362~1.023（m，—CH₂，48H），0.851（s，—CH₃，18H）。

2 结果与分析

2.1 目标缓蚀剂分子的吸附性能

首先将表面抛光铜片浸入含目标有机离子液体缓蚀剂分子（8×10^-6 mol/L的DMSO溶液）溶液中，使之在铜表面发生强烈亲和吸附，经过快速真空干燥后即能形成有机吸附膜。铜样品表面SEM图如图2所示，表明目标缓蚀剂溶液在铜表面产生的超分子吸附膜具有优异致密性，同时吸附膜呈现出凸凹粗糙性，有利于阻止对金属表面的腐蚀离子进攻与细菌污损。

2.2 目标缓蚀剂分子的抗蚀性能

进一步研究了抛光铜试片在吸附目标缓蚀剂后，浸泡于质量分数3.5% NaCl水溶液中21 d，并与空白抛光铜试片在相同浓度的NaCl水介质中浸泡相同时间后相比较。图3（a）表明了空白新鲜抛光铜样品，在3.5% NaCl水溶液中腐蚀21 d，铜表面被严重侵蚀破坏；而从图3（b）可以看出，覆盖目标缓蚀剂的吸附膜的抛光铜样品表面，在3.5% NaCl水溶液中腐蚀21 d，铜表面形貌变化微小，表明形成的目标缓蚀剂吸附保护层不易脱落且时间持久，能够充分保护铜不受NaCl介质侵蚀破坏。

2.3 目标缓蚀剂分子抑菌试验

采用琼脂孔扩散法检测目标缓蚀剂的抑菌活性^[17]。制备大肠杆菌或金黄色葡萄球菌菌悬液，将菌悬液加入培养基中搅拌均匀。将目标缓蚀剂分子吸附的滤纸片试样轻轻置于培养液中，37℃培养 12 h，检测抑菌圈直径，见图4和表1。可以看到不同浓度含有缓蚀剂的滤纸圆片周围的抑制区直径大小及抑菌程度均表现出差异性，可见，目标缓蚀剂分子对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有良好的抑菌效果。

2.4 金属防腐电化学测试

利用电化学分析仪进行测试，试验体系为含有不同浓度目标缓蚀剂分子的0.5 mol/L的硫酸溶液，以未添加目标缓蚀剂分子的0.5 mol/L的硫酸溶液作为空白对照。先进行开路电位的测试，待开路电位稳定后，进行交流阻抗测试。表明在 0.5 mol/L硫酸水环境中，目标缓蚀剂分子对金属起到良好的缓蚀作用，其电化学曲线与参数见图5与表2。

从图5和表2中我们可以看出，铜在含有0.15 mmol/L的目标缓蚀剂分子溶液中的吸附速度在 10 min左右在金属表面就可达到吸附平衡。虽然吸附10 min后的Nyquist曲线阻抗弧相比于吸附 15 min略小，其缓蚀效率与吸附15 min非常接近，缓蚀效率可到97%以上，说明有机离子液体型缓蚀剂分子对铜表面吸附快速和高效，吸附层性质良好。

2.5 目标缓蚀剂分子失重试验

为进一步验证目标缓蚀剂的不同金属缓蚀效果，选取金属样品（Q235钢或紫铜）用砂纸打磨，然后将打磨后的金属样用丙酮和乙醇超声处理并在室温下干燥。最后将金属样用去离子水和无水乙醇快速洗涤后真空干燥，并测量钢片重量。将处理后的钢片置于腐蚀溶液和添加一定浓度的缓蚀剂的腐蚀溶液中，充分吸附48 h达到吸附平衡。取出打磨并将金属用去离子水和无水乙醇快速洗涤后真空干燥，观察比较金属表面形态，并测量钢片重量。如图6所示，未加缓蚀剂的金属明显腐蚀，而添加了缓蚀剂的金属几乎没有腐蚀，且金属表面产生的腐蚀物随缓蚀剂浓度升高有所减少。

2.6 目标缓蚀剂分子抗蚀-抗菌机制分析

缓蚀剂分子在金属表面的作用机理主要依赖于其含有氧、氮、磷等杂原子的极性基团或具有不饱和π键的有机分子，能够在酸、碱、盐等腐蚀性环境中有效地吸附于金属表面。如图7所示，利用分子动力学模拟了目标缓蚀剂分子对金属铜表面亲和吸附形成致密有机吸附膜^[18-19]。结果表明在铜原子表面目标缓蚀剂分子能够充分吸附并排斥水对铜的直接接触。由图7上可以看出目标缓蚀剂分子主链中所含氮、氧环片段能够与铜充分络合，牢固吸附在金属表面，有效阻止金属表面与酸碱盐等腐蚀性环境的接触，其支链上抑菌基元又能起到有效抑菌作用，从而实现枝状有机离子液体型金属缓蚀剂的高效缓蚀与抑菌作用。

3 结论

本研究设计的是一种绿色枝状与超支化的季铵盐氮杂环类有机离子液体分子，用于各行业所用金属的防护，其电化学测试、吸附测试、抑菌实验、失重实验等结果表明，该有机液体离子缓蚀剂能够在金属表面产生极强的吸附作用，有效实现金属对微生物和腐蚀环境中侵蚀离子的隔绝，进而实现高效缓蚀与抑菌作用。因此，该有机缓蚀剂分子具有高效缓蚀、有效灭菌的特点。这对设计和构建缓蚀-抑菌双功能缓蚀剂的绿色发展具有重要参考意义。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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