基于花生饼残渣电化学合成N,S-碳量子点用于多级闪蒸海水淡化系统盐水加热器的绿色缓蚀研究

针对Cu-Ni合金在海水淡化系统酸洗过程中的腐蚀问题，研究人员创新性地以花生饼残渣为原料电化学合成N,S-碳量子点(N,S-CDs)，在0.5 M H2SO4环境中实现98.77%的缓蚀效率。该研究为生物质衍生绿色缓蚀剂的开发提供了新范式，兼具环境友好性与工业应用价值。

　　

在海水淡化与海洋工程领域，Cu-Ni合金因其优异的耐海水腐蚀性和导热性被广泛应用于多级闪蒸装置的盐水加热器。然而这些设备在运行中面临严峻的酸洗腐蚀挑战——传统无机缓蚀剂毒性大，有机缓蚀剂成本高且效率有限。更棘手的是，现行酸洗工艺使用的硫酸等强酸会加剧金属基体的腐蚀，而生物质衍生碳量子点(Carbon Quantum Dots, CQDs)因其纳米尺度效应和丰富的表面官能团，为绿色缓蚀技术带来了新曙光。

重庆科技学院的研究团队独辟蹊径，选择榨油工业废弃物花生饼残渣作为碳源，通过电化学方法成功制备氮硫共掺杂碳量子点(N,S-CDs)。这项发表在《Sustainable Materials and Technologies》的研究显示，这种新型纳米材料在模拟酸洗环境中展现出惊人的缓蚀性能：当浓度为100 mg/L时，298K下对Cu90Ni10合金的缓蚀效率高达98.77%，即使在318K高温仍保持97.22%的效率。研究人员通过透射电镜(TEM)证实其粒径小于10nm，X射线光电子能谱(XPS)揭示了材料表面富含胺基、羧基等活性基团，这些特性使其能通过物理吸附与化学键合双重机制在金属表面形成致密保护层。

关键技术包括：1) 以花生饼残渣和氨基硫脲为前驱体的电化学合成法；2) 采用电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线评估缓蚀性能；3) 结合原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)进行表面形貌分析；4) 通过Langmuir吸附模型研究热力学行为。

【N,S-CDs表征】部分揭示：TEM显示材料呈均匀球形(平均粒径4nm)，FTIR检测到C=N、C-S等特征峰，XPS证实N、S元素成功掺杂(含吡啶氮、硫醇等活性位点)，这些结构特性为缓蚀功能奠定基础。

【电化学测试】数据显示：添加N,S-CDs后腐蚀电流密度降低两个数量级，电荷转移电阻提升20倍，证明其能有效阻断腐蚀电化学反应。温度实验表明吸附过程放热，符合Langmuir单层吸附模型，结合能为-33.44 kJ/mol，显示物理吸附与化学吸附协同作用。

【表面分析】结果印证：AFM显示处理后的合金表面粗糙度降低86%，SEM观察到致密吸附膜覆盖，XPS检测到Cu-N、Ni-S配位键形成，这种界面化学键合显著提升保护层稳定性。

该研究突破性地实现了"变废为宝"与"以废治腐"的双重目标：不仅为农业废弃物高值化利用开辟新途径，更创造了目前报道中效率最高的生物质衍生缓蚀剂。特别值得注意的是，相比Zhou等报道的96.32%缓蚀率需要150 mg/L N-CQDs，本研究材料在更低浓度(100 mg/L)下表现更优，且原料成本仅为传统方法的1/5。正如通讯作者Zhili Gong强调的，这种"绿色合成-高效防护-热力学稳定"三位一体的设计策略，为海洋装备的长效防腐提供了革命性解决方案，其技术路线可延伸至核电、船舶等重大工程领域。