典型有机酸性空气污染物对馆藏青铜文物腐蚀作用规律及机理研究

Organic acids, mainly acetic and formic, have become one of the main pollutants in the museum environment due to their high concentration and big threat to Bronze Ware, while there is little research on the subject, which cannot meet the demand of environment management of the museum. At present, “Preventive protection of cultural relics conservation” has listed into "Thirteen Five" planning of the State Administration of Cultural Heritage, and the research direction of the corrosion and deterioration of environmental factors to antiques has been one of the main subject to be supported in the area of historical and cultural heritage protection science and technology in China. Based on the present status of cultural relics conservation environment, the analysis of the environmental features and the corrosion and deterioration process of the Bronze Ware, we are ready to study the corrosion influences of typically organic acids and environmental factors on Bronze Ware in museum. The destruction mechanism of organic acids to protective layer in the surface of the Bronze Ware will be investigated and the producing conditions and mechanism of local corrosion induced by organic acids be explored also. A systematically evaluating method of the environmental factors to the Bronze Ware is be set up, and based on those investigations, the corrosion and deterioration of the organic acids to the Bronze are expected to be prevented or slowed down to the utmost. The results of the project could afford theoretical basis and experimental method for proposing the environmental quality requirements and limited guideposts of typical organic acids pollutants.

博物馆环境中甲酸、乙酸等有机酸性气态污染物浓度较高，对青铜文物存在极大的威胁，已成为博物馆环境主要污染物之一，但目前对该领域的研究极其匮乏，无法满足博物馆环境管理的要求。目前“馆藏文物的预防性保护”已纳入国家文物局“十三．五”规划中，并将环境对文物腐蚀劣损的影响列为我国历史文化遗产保护科技领域重点资助的研究方向之一。本课题基于馆藏青铜文物保存环境质量的现状，在分析环境特征、青铜文物腐蚀受损和相关过程的基础上，系统地研究博物馆环境中典型有机酸性气体及各种环境因素对青铜文物腐蚀受损的影响规律，考察有机酸性气体对青铜文物表面保护膜的破坏机制，探讨有机酸诱发的局部腐蚀的发生条件及机理，以建立趋于标准化的馆藏青铜文物环境影响作用评价方法，最大限度地防止或减缓有机酸性气态污染物对青铜文物的腐蚀劣损影响，为提出适合馆藏青铜文物保存环境质量要求以及典型有机酸性气态污染物控制指标提供理论基础和实验方法。

青铜文物具有极高的艺术和人文价值，博物馆环境中可以导致青铜文物腐蚀受损的因素非常多，特别是在展厅、库房等环境中，因为装饰材料挥发释放等原因而导致有机酸性气态污染物等处于一个比较高的水平，对馆藏青铜文物构成了严重的威胁。基于博物馆青铜文物保存环境质量的现状，在分析环境特征、青铜文物腐蚀受损和相关过程的基础上，本项目开展了典型有机酸性空气污染物对馆藏青铜文物腐蚀作用规律及机理的研究。首先，研发设计加工了博物馆室内环境模拟曝露实验装置，并建立了石英晶体微天平（QCM）反应性监测方法，利用该方法对较低浓度甲酸、乙酸等酸性气体存在下青铜文物模拟材料的腐蚀行为进行了监测，考察了有机酸、温度及湿度复合环境下青铜的腐蚀行为及影响规律。其次，搭建了薄层液膜腐蚀电解池装置，通过电化学阻抗和塔菲尔极化曲线，考察了青铜材料在含有机酸液膜中的电化学腐蚀行为，分析了液膜厚度、有机酸浓度等因素的影响，并比较研究了青铜在复合大气环境模拟介质与有机酸模拟腐蚀介质中的腐蚀行为规律，评价了青铜表面不同锈层对基体的保护作用。再次，结合扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X-射线衍射仪（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）等表面分析技术，对不同锈层青铜在有机酸及复合环境下的腐蚀形貌和腐蚀产物成分进行了分析，考察了不同腐蚀阶段腐蚀产物的发展及演变情况，研究了不同锈蚀层覆盖下青铜试样表面的腐蚀变化规律，初步探讨了青铜材料在有机酸性气体中的腐蚀机理。最后，根据实验测试结果，计算了不同有机酸腐蚀条件下青铜的腐蚀速率，建立了有机酸性气体浓度与馆藏青铜质文物腐蚀受损影响的“剂量-响应”函数模型，并据此提出了适合馆藏青铜文物保存的环境质量要求以及主要有机酸性气态污染物控制指标。