一种酒糟废液基碳点缓蚀剂及其制备方法与应用

本发明属于纳米材料制备与金属防护，具体涉及一种酒糟废液基碳点缓蚀剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着油气开采向深井、长输管线及高腐蚀性地层发展，p110、n80等石油管材钢在服役过程中的腐蚀问题愈发严峻。特别是在注水开发及三次采油过程中，管柱长期处于高氧、高盐的复杂腐蚀介质中，极易发生均匀腐蚀或局部点蚀，不仅缩短了管材的使用寿命，增加生产成本，甚至可能引发严重的油气泄漏事故，对安全生产和生态环境造成重大威胁。目前，添加缓蚀剂是抑制金属腐蚀最常用且经济的方法。然而，传统的化学合成类缓蚀剂，如咪唑啉类、磷酸盐类，往往存在合成工艺复杂、成本高且环境毒性大等问题，且在高氧、高盐等极端苛刻环境下的缓蚀效果和热稳定性难以达到预期目标。碳点作为一种新型零维纳米材料，因其具有丰富的表面官能团（如羟基、羧基和胺基等）、优异的溶解性及环境友好性，在金属防护领域展现出巨大的应用潜力。然而，现阶段制备碳点的原料多依赖于高纯度化学试剂，如柠檬酸、乙二胺等，制备成本较高，限制了其大规模工业化应用。此外，针对高氧、高盐特定腐蚀环境开发的高效绿色碳点缓蚀剂仍处于起步阶段，缺乏性能稳定且来源广泛的低成本产品。另一方面，酒糟废液作为白酒生产过程中产生的大宗生物质废弃物，具有极高的有机物含量，包括糖类、蛋白质及有机酸等。若直接排放，将造成严重的土壤和水体污染，处理成本极高。由于酒糟废液中富含碳、氮等元素，将其资源化利用并转化为高附加值的碳点材料，不仅能有效解决废液治理难题，降低缓蚀剂的生产成本，还能实现生物质资源的循环利用。

2、因此，研发一种利用酒糟废液制备的、针对高氧高盐环境下p110和n80钢的高效绿色碳点缓蚀剂，具有重要的工程应用价值和显著的社会环保意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：现有缓蚀剂多采用化学合成法制备，存在原料成本高、工艺复杂、环境毒性大等缺陷，且在高氧、高盐等极端苛刻环境下的缓蚀效果难以达到预期目标；同时，酒糟废液作为大宗生物质废弃物，有机物含量高、处理成本大，亟需高附加值利用途径。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种酒糟废液基碳点缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤s100：取酒糟废液，静置后与水混合均匀，酒糟废液体积份数为40至60份，水体积份数为40至60份，二者之和为100份；

4、步骤s200：将混合液转入水热反应釜中，在170至190℃下反应10至14小时；

5、步骤s300：将水热反应产物进行抽滤，除去炭渣，收集滤液；

6、步骤s400：将滤液在10000转/分钟的转速下离心，去除残留的微小悬浮物，取上清液；

7、步骤s500：将上清液转入截留分子量为500道尔顿的透析袋中，在避光条件下进行水透析，直至透析外液颜色无明显变化；

8、步骤s600：将透析后的溶液进行冷冻干燥，得到棕色或棕黑色粉末，即为酒糟废液基碳点缓蚀剂。

9、进一步地，步骤s100中酒糟废液体积份数为50份，水体积份数为50份；步骤s200中水热反应温度为180℃，反应时间为12小时。

10、本发明还提供一种由上述方法制得的酒糟废液基碳点缓蚀剂。

11、进一步地，碳点颗粒为球形或类球形，平均粒径为1至100纳米，碳点颗粒具有石墨碳晶格条纹，晶面间距为0.21至0.34纳米。

12、进一步地，碳点的红外光谱在波数3400cm-1处出现的特征吸收峰归属于羟基的伸缩振动，在波数1650 cm-1处出现的特征吸收峰归属于羰基的伸缩振动，在波数1400cm-1处出现的特征吸收峰归属于碳氮键的伸缩振动。

13、进一步地，碳点中碳、氮、氧三种元素的质量百分含量分别为碳60%至75%、氮5%至15%、氧15%至30%。

14、进一步地，碳点中碳、氮、氧三种元素的质量百分含量分别为碳68%至72%、氮8%至12%、氧18%至22%。

15、进一步地，碳点的紫外-可见吸收光谱在270至290纳米处出现特征吸收峰，归属于碳氧双键的n-π*跃迁；碳点的荧光发射峰位于420至480纳米。

16、本发明还提供上述酒糟废液基碳点缓蚀剂的应用，将酒糟废液基碳点缓蚀剂配制成浓度为50至200毫克/升的水溶液，投加至温度为50至200℃的含氧和/或含盐的腐蚀介质中，用于p110钢或n80钢的缓蚀保护。

17、进一步地，含盐腐蚀介质中氯化钠的质量浓度为1%至15%，含氧腐蚀介质中双氧水的质量浓度为1%至10%。

18、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

19、（1）通过以酒糟废液为碳源，采用一步水热法制备碳点缓蚀剂，实现了工业废液的资源化利用。酒糟废液作为白酒生产过程中的大宗生物质废弃物，有机物含量高、处理成本大，将其转化为高附加值的缓蚀剂产品，不仅降低了碳点缓蚀剂的制备成本，而且避免了酒糟废液直接排放对土壤和水体造成的污染，制备过程无需额外添加化学试剂，不产生二次污染，符合绿色化学理念。

20、（2）所制备的碳点缓蚀剂在高盐、高氧及高盐高氧等多种苛刻环境下对n80钢和p110钢均具有显著的缓蚀效果。在高盐环境中缓蚀效率可达90%以上，在高氧环境中缓蚀效率可达50%至60%，在高盐高氧复合环境中仍具有明显的腐蚀抑制作用。电化学测试表明，碳点缓蚀剂的加入使腐蚀电位正移100至200毫伏，容抗弧扩大，有效抑制了钢材表面的腐蚀反应。

21、（3）制备工艺简单，反应条件温和，无需高温高压等极端条件。水热反应温度仅为170至190℃，反应时间10至14小时，经抽滤、离心、透析和冷冻干燥即可获得产品，操作步骤简便，易于工业化放大生产。所制备的碳点颗粒平均粒径为1至100纳米，粒径分布均匀，溶解性好，便于现场投加使用。

22、下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

1.一种酒糟废液基碳点缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

3.一种酒糟废液基碳点缓蚀剂，其特征在于，由权利要求1或2所述的制备方法制得。

4.根据权利要求3所述的酒糟废液基碳点缓蚀剂，其特征在于，碳点颗粒为球形或类球形，平均粒径为1至100纳米，碳点颗粒具有石墨碳晶格条纹，晶面间距为0.21至0.34纳米。

5.根据权利要求3所述的酒糟废液基碳点缓蚀剂，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的酒糟废液基碳点缓蚀剂，其特征在于，碳点中碳、氮、氧三种元素的质量百分含量分别为碳60%至75%、氮5%至15%、氧15%至30%。

7.根据权利要求6所述的酒糟废液基碳点缓蚀剂，其特征在于，碳点中碳、氮、氧三种元素的质量百分含量分别为碳68%至72%、氮8%至12%、氧18%至22%。

8.根据权利要求3所述的酒糟废液基碳点缓蚀剂，其特征在于，碳点的紫外-可见吸收光谱在270至290纳米处出现特征吸收峰，归属于碳氧双键的n-π*跃迁；碳点的荧光发射峰位于420至480纳米。

9.一种根据权利要求3至8任一项所述的酒糟废液基碳点缓蚀剂的应用，其特征在于，将酒糟废液基碳点缓蚀剂配制成浓度为50至200毫克/升的水溶液，投加至温度为50至200℃的含氧和/或含盐的腐蚀介质中，用于p110钢或n80钢的缓蚀保护。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，含盐腐蚀介质中氯化钠的质量浓度为1%至15%，含氧腐蚀介质中双氧水的质量浓度为1%至10%。