硅酮季铵盐-22表面活性剂作为环保型碳钢缓蚀剂的性能评估及斑马鱼胚胎生态毒性研究

为解决石油天然气工业中碳钢管道腐蚀带来的经济和环境挑战，研究人员评估了硅酮季铵盐-22（SQ22）作为绿色缓蚀剂的性能及生态安全性。通过电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化（PDP）技术证实，SQ22在125 ppm浓度下缓蚀效率达88.24%（EIS）和83.31%（PDP），斑马鱼胚胎实验显示其LC50为22.36 mg/L，低于2 mg/L（NOEC）时仅引起轻微心脏效应。该研究为工业应用提供了高效、低环境风险的缓蚀剂替代方案。

　　

石油天然气工业中，碳钢管道因腐蚀导致的设备损坏每年造成全球约2.5万亿美元损失，占全球GDP的3.4%。腐蚀不仅增加开采运输成本，还可能引发泄漏、爆炸等环境灾难。传统缓蚀剂虽有效但多具高毒性，亟需开发高效环保的替代品。针对这一挑战，卡塔尔大学（Qatar University）的研究团队创新性地评估了化妆品常用成分硅酮季铵盐-22（SQ22）的双重价值——既作为碳钢缓蚀剂，又确保其生态安全性。

研究通过电化学测试（EIS和PDP）、表面形貌分析（SEM/AFM）和斑马鱼胚胎毒性实验展开。关键发现显示：SQ22在125 ppm浓度下形成致密吸附层，使碳钢在3.5% NaCl溶液中的腐蚀速率降低83%，表面粗糙度从69.16 nm降至35.08 nm；斑马鱼实验中，其LC₅₀为22.36 mg/L，属"轻微毒性"，且在NOEC（2 mg/L）下仅导致心脏输出量降低，未显著影响神经肌肉功能、肝脏代谢或血红蛋白合成。

SQ22电化学性能
动电位极化曲线证实SQ22为混合型缓蚀剂，通过同时抑制阴阳极反应降低腐蚀电流密度。EIS显示其吸附符合双电层模型，电荷转移电阻（R_ct）随浓度增加而升高，125 ppm时达6174 Ω·cm²，较空白组提升7.5倍。

生态毒性机制
斑马鱼胚胎实验揭示：

1. 心脏效应：SQ22使背主动脉直径缩小18%，但心率保持稳定；
2. 安全性边界：低于NOEC时，凋亡检测（AO染色）呈阴性，肝区面积（Tg(fabp10:DsRed)转基因模型）与脂代谢（油红O染色）无异常；
3. 比较优势：相较于"剧毒"表面活性剂AEO-7（LC₅₀<1 mg/L），SQ22的环境风险显著降低。

该研究首次系统论证了SQ22作为工业缓蚀剂的可行性，其双重特性——88%的缓蚀效率与22.36 mg/L的LC₅₀——为绿色缓蚀剂设计提供了新范式。值得注意的是，SQ22的NOEC（2 mg/L）远低于其有效缓蚀浓度（125 ppm），实际应用中可通过剂量控制实现环境友好。研究团队建议后续关注SQ22在流动腐蚀体系中的长效性，以及其降解产物对水生生态的潜在影响。论文发表于《CATENA》，为石油化工行业的可持续发展提供了兼具经济效益与生态效益的解决方案。