文献综述

1.沼液环境与防腐蚀技术

1.1沼气与沼液的主要成分

沼气是多种有机质在一定温度、湿度、酸碱度及厌氧条件下，经微生物分解代谢所产生的一种可燃性混合气体^[1]。其主要成分是甲烷，除此之外，还含有二氧化碳、硫化氢、氢气、一氧化碳等气体，NH₃主要溶解在沼液中形成NH₄ 。H₂S含量虽不多但足以造成危害，NH⁴ 和H₂S都会对铜产生应力腐蚀破例，而铜是换热器的主要构成部分。

氨对铜腐蚀速度与氨含量有关，氨含量高时，氨蚀发展很快。^[2]通过试验，发现在氨含量大于10～100mg/L时，有明显氨蚀现象出现；凝结水氨含量不高（一般约在1mg/L左右，由给水pH调节上限决定），并且内冷水水质受电导率控制，也不发生氨的浓缩，故往内冷水中补凝结水，一般不会发生氨蚀。当往内冷水补加氨的除盐水，就可能使氨的含量达10～100mg/L，所以此时，要对电导率进行严格控制，方能避免氨蚀的发生。由于氨能与铜离子形成稳定的铜氨络合物，加速铜的腐蚀，其实，氨对铜的腐蚀是有条件的，只有当溶解氧存在，同时氨的浓度较大时，才能导致铜的腐蚀；有关资料表明：只有当氨的浓度超过10mg/L时，黄铜的腐蚀速度才有明显上升。

厌氧发酵过程中所有处理的pH值均呈动态变化，在一般6.50～7.60之间。在厌氧发酵初期，由于微生物降解麦秆产生大量有机酸，因此使发酵料液pH值明显下降；之后随着氨化细菌增多，产生的氨中和部分酸，更主要的是甲烷菌将有机酸转化，因此pH值上升。预处理可以减轻秸秆在发酵初期的酸化现象，更利于发酵产气的快速启动。在发酵进行过程中，所有处理的pH值变化幅度较小，这主要是由于发酵体系自身有缓冲能力，可以调节发酵料液的pH值。沼液的酸碱度对铜的腐蚀有一定的影响。^[3]

1.2金属的防腐方法

总的来说，防腐方法有形成保护层法^[4]、电化学保护法、缓蚀剂法等。^[5]形成保护层法是在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。电化学保护是金属腐蚀防护的重要方法之一，其原理是利用外部电流使被腐蚀金属电位发生变化从而减缓或抑制金属腐蚀。^[6,7]其特点是：(1)溶解均匀性良好；(2)价格低廉，来源广泛，加工方便。缓蚀剂法是一种常用的防腐蚀措施，在腐蚀环境中加入少量缓蚀剂就能和金属表面发生物理化学作用，从而显著降低金属材料的腐蚀，具有经济、适应性强等优点。

2. 表面自组装分子膜(SAMs)

铜作为制作换热器的主要金属^[8]，对其的保护好坏，关系到换热器的使用寿命。铜的导热系数高达260-340千卡/平方米#183;小时#183;℃虽说铜的比热要比铝小，但注意：铜的密度是铝的3倍多。经过计算，同样的体积的铜每上升1度，吸收的热量要比铝多40%。铜的导热系数383.8W/m.K。^[9]金属Cu 由于其良好的导热、导电性而广泛地用于化学工业与微电子工业中，因此Cu 的防腐蚀研究一直备受重视。有关SAM 用于Cu 的防腐蚀研究也是最多的。美国Laibinis等人很早就开展了SAM 的有关研究，并率先应用交流阻抗谱EIS、红外光谱IR 等技术研究了不同链长的烷基硫醇对金属Cu的保护。发现形成SAM的硫醇的链越长，对基底Cu的保护作用越好，下图是不同链长的硫醇构成的SAM 修饰Cu电极的阻抗谱。^[10]从图中可以看出，构成SAM 的硫醇的链越长，阻抗越大。随后研究了湿度对Cu 腐蚀的影响，在相对湿度为100%、1 个标准大气压的O₂ 的环境中，发现SAM对Cu 具有良好的保护作用，而高湿度增加了对裸铜的腐蚀。^[11,12]

2.1 自组装膜及其形成机理

自组装单分子膜(Sel-fassembledmonolayers，SAMs)^[13]是活性分子通过化学键自发地吸附在异相界面上形成的具有一定取向、排列紧密的有序单层分子膜。自组装技术作为一种在温和条件下简单、方便的成膜方法在金属腐蚀和防护领域有着广泛的应用前景。烷基硫醇是其中一种自组装膜。二十世纪后期，随着科学家对自组装分子膜的深入研究，其对金属的防腐作用及效果日益显现。