[发明专利]一种含呋喃甲醛活性基团的石墨烯负载噻二唑阻锈剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及阻锈剂，具体的说是一种含呋喃甲醛活性基团的石墨烯负载噻二唑阻锈剂及其应用。

背景技术

钢筋混凝土是海岸和近海工程建设的主体材料，海洋腐蚀环境下，由高浓度氯离子渗透引发的钢筋锈蚀，是导致混凝土结构劣化的首要因素。隔绝氯离子侵蚀的方法很多，钢筋阻锈剂是最简捷、经济和高效的防腐技术。

目前钢筋阻锈剂研究和应用领域的聚焦热点是有机迁移型阻锈剂(MCI)，它既可作为混凝土添加剂用于新建工程，又可涂覆于在役结构，通过强力迁移到达钢筋表面进行深层保护，然而，纵观雨后春笋般的学术报道和市场产品，仍迟迟未见能与掺入型亚硝酸盐钢筋钝化剂的保护效率相媲美的科技成果问世。高效阻锈性能就此成为了不可与环境友好性和强力迁移性兼得的技术短板，严重制约了MCI在海洋腐蚀控制领域的开发和应用前景，迫切需要其研发实现从环境友好为主向绿色与高效并进的转变。

钢筋锈蚀破坏和阻锈剂与钢筋作用生成保护膜的两种阴极耦合反应皆为氧的4电子还原过程，与传统的亚硝酸、苯甲酸盐阳极型阻锈剂不同，MCI是同时抑制钢筋阳极活性腐蚀溶解和两种阴极耦合氧还原的混合型阻锈剂，而阴极氧还原的反应速度又恰好与钢筋表面阻锈剂作用生成保护膜的速度成正比关系，因此提高MCI阻锈效率的关键，就在于提高阻锈剂与钢筋作用的电化学过程中阴极氧还原的反应速度。

石墨烯存在广泛且易于制取，是具有高导电、高表面、高边缘缺陷特性的二维平面单分子层，是优良的阴极氧还原电化学催化剂。低温法和硅基法制备的氮杂化石墨烯，价格低廉、易于量产，对微生物燃料电池阴极氧还原的催化活性比肩于昂贵复杂的传统Pt/C催化剂；在碱性电化学催化传感器中，石墨烯能使阴极氧还原反应的动力学电流提高7倍并保持长效耐久性；在石墨烯蜂巢框架上植入C-N、C-O共价键，作为杂化体或有机物的生长核心，能够激活网状晶格中的活性催化位点，使阴极氧还原反应的催化效率以几何级数增长。壳聚糖包覆石墨烯对葡萄糖的阴极氧4电子还原反应表现出类似酶的高效催化活性。

因此，以石墨烯分子层为基底，含有活性基团的阻锈剂分子为客体，制备化学负载自催化阻锈剂，通过催化阻锈剂分子与碳钢表面作用的阴极氧还原反应，提高MCI对碳钢的防腐性能，具备充分的理论依据和技术可行性。

发明内容

本发明目的在于提供一种含呋喃甲醛活性基团的石墨烯负载噻二唑阻锈剂及其应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种含呋喃甲醛活性基团的石墨烯负载噻二唑复合物，复合物为呋喃甲醛-[5-(对甲基苯基)-1,3,4噻二唑-2-巯基]-乙酰腙在石墨烯分子层含氧官能团活性位点进行化学负载，形成的复合物。

所述呋喃甲醛-[5-(对甲基苯基)-1,3,4噻二唑-2-巯基]-乙酰腙，它的结构式为：

它的制备反应方程式为：

1)将对甲基苯甲酸与甲醇等摩尔混合，反应脱水得到对甲基苯甲酸甲酯(I)；

2)将产物(I)与过量水合肼混合，60-90℃油浴反应1-3h，得到对甲基苯甲酰肼(II)；

3)将产物(II)与过量二硫化碳在碱性环境下反应生成化合物(III)；

4)产物(III)在浓硫酸催化下，油浴温度60-90℃环化反应1-2h，得到2-巯基-5-苯甲基-[1,3,4]噻二唑(Ⅳ)，然后在碱性条件下(Ⅳ)与过量氯代乙酸乙酯反应得到(Ⅴ)；

5)将产物(Ⅴ)与过量水合肼反应得到(Ⅵ)，产物(Ⅵ)与过量呋喃甲醛反应得到产物呋喃甲醛-[5-(对甲基苯基)-1,3,4噻二唑-2-巯基]-乙酰腙(Ⅶ)。

一种含呋喃甲醛活性基团的石墨烯负载噻二唑复合物的制备：将呋喃甲醛-[5-(对甲基苯基)-1,3,4噻二唑-2-巯基]-乙酰腙与石墨烯通过氧化-接枝-还原的方式，获得含呋喃甲醛活性基团的石墨烯负载噻二唑复合物。

具体为：

1)向石墨片质量分数为35％的浓H₂SO₄混合体系中加入与石墨片质量比为1:1.1的KMnO₄，经SO₄^2-插层剥离和MnO₄^-氧化激活，获得的单分子层氧化石墨烯水悬浮液；

2)将与石墨片质量比1:4的呋喃甲醛-[5-(对甲基苯基)-1,3,4噻二唑-2-巯基]-乙酰腙加入上述获得的氧化石墨烯水悬浮液，经质子化接枝，再加入过量葡萄糖还原，获得含呋喃甲醛活性基团的石墨烯负载噻二唑复合物。