聚苯胺导电薄膜的可控制备及在厌氧微生物中的防腐蚀机理研究

聚苯胺以其成本低、合成简单、多样的结构、独特的掺杂机制和高的化学稳定性等特点，被认为是最有应用前景的一种导电高分子材料，在防腐蚀性能方面的研究已经成为当今的一个热点。但是其应用多局限于有氧酸性和中性溶液，在无氧介质中的耐蚀性研究较少。而微生物腐蚀尤其是厌氧硫酸盐还原菌（SRB）的腐蚀给国民经济造成巨大经济损失，耐SRB腐蚀材料的研制非常迫切。为此本项目通过电化学方法在不锈钢表面合成聚苯胺及聚苯胺-钼酸盐复合物薄膜，研究合成条件对聚苯胺结构、形貌、电化学活性等性能的影响规律以及聚苯胺在SRB中的腐蚀行为，探究SRB与聚苯胺的相互作用机制及聚苯胺在厌氧微生物中的防腐蚀机理。从而阐明聚苯胺的结构与防SRB腐蚀性能之间的关系，建立起聚苯胺合成条件与其耐蚀性之间的联系，实现耐SRB腐蚀的聚苯胺膜的可控制备，为研制耐SRB腐蚀材料提供一定的理论基础。

本项目采用各种质子酸为掺杂酸在304不锈钢表面电化学合成聚苯胺薄膜及聚苯胺复合膜，通过对薄膜表面形貌、组成和腐蚀性能的系统研究，明确了各种制备工艺条件对聚苯胺薄膜性能的影响规律。1）以草酸为掺杂酸，研究了循环伏安法制备聚苯胺的扫描速度、循环次数对聚苯胺形貌和耐蚀性能的影响，制备出具有优良耐腐蚀性能的聚苯胺薄膜，在草酸中加入钼酸钠，制备PANI-MoO42-膜层，可以进一步改善聚苯胺的防腐蚀性能。对比循环伏安法与恒电流和方波电流合成聚苯胺，循环伏安法制备的聚苯胺性能更优良。2）以磷酸为掺杂酸，考察了质子酸浓度以及聚合时间对膜层的形貌结构及防腐蚀性能的影响。当磷酸浓度为1.5 mol/L，扫描圈数为20cycles时得到的聚苯胺膜层可使不锈钢的自腐蚀电位显著正移，防护效率达到97.3%，具有良好的防护性能。为了进一步提高聚苯胺的耐腐蚀性能，在溶液中加入适量的氧化物粒子，分别在不锈钢表面制备了PANI/SiO2 和PANI/TiO2复合膜层，并研究了纳米SiO2颗粒的添加量、聚合时间对复合膜层的形貌结构和电化学性能的影响。3）以硫酸为掺杂酸，研究苯基膦酸掺杂、苯基膦酸预处理和后处理对聚苯胺制备及耐蚀性能的影响；研究聚苯胺/聚吡咯复合膜形貌和耐蚀性能的影响因素，当苯胺与吡咯的浓度比为7: 3时，制备的复合膜在3.5%NaCl，0.3M硫酸和0.3M硫酸+3.5% NaCl等各种介质中均具有良好的耐腐蚀性能。 4）在NaOH、十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)三种碱性溶液中电化学合成聚苯胺，可以得到膜层表面特别均匀、致密的氧化态聚苯胺，主要防腐作用机理是屏蔽作用。在SDBS溶液中制备的聚苯胺耐蚀性最好。5）研究聚苯胺在硫酸盐还原菌（SRB）中的腐蚀性能发现，聚苯胺对SRB具有抗菌性，可以减少SRB的吸附和溶液中的硫离子浓度，因此聚苯胺通过抗菌和阳极保护作用减缓不锈钢在SRB中的腐蚀。研究结果对于制备耐蚀性能良好的聚苯胺提供了基础数据和理论依据，对于防止微生物腐蚀具有一定的意义。