定制化离子液体在MSF海水淡化系统换热器中抗腐蚀性能的开发与应用研究

针对多级闪蒸(MSF)海水淡化装置中Cu90Ni10合金换热器在酸洗过程中的动态腐蚀问题，研究人员开发了烷基化氟康唑鎓四氟硼酸盐离子液体(IL)抑制剂。实验表明，该IL在5.0 M H2SO4溶液、150 ppm浓度下对313-343 K工况的腐蚀抑制效率达94.8%，通过SEM/FT-IR证实其形成物理吸附保护层，符合Freundlich吸附等温线，为高温强酸环境下的金属防护提供了新型绿色解决方案。

　　

海水淡化作为解决全球水资源短缺的关键技术，其核心设备多级闪蒸(MSF)系统的换热器长期面临严峻的腐蚀挑战。铜镍合金(Cu90Ni10)虽具有优良导热性，但在周期性酸洗维护中遭遇5.0 M H₂SO₄强腐蚀环境，温度波动(313-343 K)更会加速金属溶解，传统有机抑制剂在高温高酸条件下效率骤减。如何开发兼具高效性和环境友好性的新型缓蚀剂，成为保障海水淡化设施长期稳定运行的重要课题。

Taif University的研究团队创新性地将药物分子氟康唑进行烷基化改性，合成出烷基化氟康唑鎓四氟硼酸盐离子液体(IL)，通过失重法、电化学测试结合表面分析技术，系统评估了其在模拟MSF系统酸洗工况下的腐蚀抑制性能。研究发现，该IL通过物理吸附机制在金属表面形成致密保护层，150 ppm浓度即可实现94.8%的抑制效率，即使温度升至343 K仍保持86.2%的有效性，其吸附过程符合Freundlich等温模型，自由能变(ΔG_ads)为-20.4 kJ·mol^-1，证实为自发过程。

材料与方法
研究采用含90% Cu、10% Ni的工业级Cu90Ni10合金，在5.0 M H₂SO₄(pH=-0.7)中模拟酸洗环境，通过旋转电极装置(450 rpm)实现动态腐蚀条件。采用失重法测定腐蚀速率(CR)，Tafel极化曲线判断抑制剂类型，电化学阻抗谱(EIS)分析界面反应，SEM观察表面形貌，FT-IR验证IL吸附特征，并结合量子化学计算阐明分子作用机制。

重量损失研究
动态条件下，空白组的腐蚀速率达476.2 mg·cm^-2·h^-1，添加150 ppm IL后骤降至24.8 mg·cm^-2·h^-1，抑制效率随浓度增加呈非线性提升，表明IL分子存在临界聚集浓度。

电化学测试
Tafel曲线显示IL同时抑制阴阳极反应，属混合型抑制剂。EIS谱图呈现单容抗弧特征，电荷转移电阻(R_ct)增加3个数量级，证实IL有效阻断电荷转移过程。

表面分析
SEM显示空白组表面存在深度蚀坑，而IL处理组保持平整；FT-IR在金属表面检测到C=N(1640 cm^-1)和BF₄^-(1050 cm^-1)特征峰，证实IL通过氟康唑环的π电子和阴离子协同吸附。

温度效应
Arrhenius方程计算显示，IL存在时表观活化能(E_a)从52.3 kJ·mol^-1增至68.9 kJ·mol^-1，说明其通过提高反应能垒抑制腐蚀。

结论与展望
该研究证实烷基化氟康唑IL在极端酸性、高温动态环境中仍保持优异缓蚀性能，其环境友好特性特别适合海水淡化系统的绿色维护。未来可通过分子结构优化进一步提升高温稳定性，并探索其在其他合金-酸体系中的普适性应用。成果发表于《Desalination》为MSF系统延寿提供了创新解决方案。