还原剂和可生物降解螯合剂联合使用去除铁锈

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前言

为了解决当前许多化学品对环境和人类健康有害的问题，建议采用还原剂和可生物降解螯合剂的联合使用作为一种环保且高度安全的替代方案，用于去除铁锈。

该清洁测试的设计考虑了还原剂和可生物降解螯合剂的相互作用，并确定了它们在去除铁锈过程中的适应性和效果。通过对模型铁锈渍样品进行处理，并使用X射线衍射技术和扫描电子显微镜进行表征和分析，评估了清洁测试的性能。

为了替代目前对环境和人类健康有害的化学品，采用还原剂和可生物降解螯合剂的联合使用作为一种环保且高度安全的去除铁锈的替代方案。

设计了一种兼容性新型的清洁测试，使用模拟铁锈渍的样品，并通过X射线衍射和扫描电子显微镜对其进行了评估。

该清洁测试的设计考虑了还原剂和可生物降解螯合剂之间的相互作用，并确定了它们在去除铁锈过程中的适用性和效果。

材料准备

模型染色剂使用棉质制备作为模型织物样品，并使用铁（III）氯化物六水合物作为染色剂材料。

组件清洗液包括纯度为98％以上的草酸（富士胶片和光化学-卡尔斯）、浓度为35〜37％的盐酸（富士和光化学品）以及柠檬酸（富士和光化学药品）作为酸性试剂，此外，清洗液还添加了亚硫酸钠（富士夫-ILM和光化学）。

作为还原剂，组件清洗液中含有二氧化硫脲（富士和光化学药品）和L（＋）-抗坏血酸（富士胶片和光化学-卡尔斯，纯度>99.6％）。

此外，还加入了乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA，富士和光化学-小卡尔斯）、二乙烯三胺五乙酸（DTPA，东京化学工业，纯度>98％）和次氮基三乙酸（NTA，富士胶片和光化学）。

作为螯合剂，组件清洗液中使用了3-羟基四钠2,2′-亚氨基二琥珀酸酯（HIDS，日本食白）、草酸盐（富士胶片和光化学）、葡萄糖酸钠（富士-电影和光化学）和柠檬酸钠（富士和光化学品，纯度>99％）。

菲咯啉吸收测定法中使用了盐酸（富士胶片和光化学，纯度35-37％）、乙酸钠三水合物（富士胶片和光化学，纯度>99％）、羟氯化铵（富士和光化学品，纯度>98％）以及1，10-菲咯啉单水合物（俊世化学）。

清洁液中使用了氢氧化钠（富士胶片和光化学-卡尔斯，纯度>97％）、碳酸钠（富士和光化学品，纯度>99.8％）、碳酸氢钠（富士胶片和光化学，纯度99.5〜100.3％）、醋酸酸（富士胶片和光化学，纯度99.7％）以及钠乙酸盐三水合物（富士胶片和光化学，纯度99％）用于调节清洁液的pH值。

模型染色剂的制备

首先，将约125克棉织物浸泡在1升温度为60-70°C的0.5％碳酸钠水溶液中，然后，用蒸馏水对织物进行冲洗，进行脱水和电子显微镜（ED）处理，然后进行风干，处理后的织物切成5厘米×5厘米大小的碎片。

接下来，将织物浸泡在污渍液中，用于准备含铁（III）氯化物的溶液，将20克铁（III）氯化物溶解在80毫升蒸馏水中，然后将织物浸泡在溶液中。

然后将切割好的织物夹在滤纸之间，在大荣加乐精机（DH-350H）中捏碎，并将其干燥一天，干燥后的棉织物放入一升沸腾的碱性水中，制备方法是将1克氢氧化钠溶解在1升蒸馏水中，将水加热至沸腾并保持温暖。

经过10秒后，从碱性水中取出织物，进行脱水和风干，然后将其切割成2.5厘米×2.5厘米的碎片，用作染色的模型样品。

为了制备用于染色分析的样品，将1毫升的污渍液滴在玻璃杯载玻片上，然后将其干燥一天。随后，与煮沸的氢氧化钠反应，使用IDE溶液处理，再次干燥一天。

对模型染色进行了X射线衍射（XRD）分析，该实验在智能实验室中的理学实验室中进行，测量范围为2θ角度从10°到90°，并使用带有HyPix 1探测器的一维模式进行了扫描。

模型染色样品，通过扫描电子显微镜（基恩士VE-8800）在高真空条件下进行了分析，使用2 keV能量的电子束。

在清洁测试期间，将一两块棉织物浸泡在100mL的清洁溶液中，该溶液含有乙酸、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠等成分。

为了测量溶液的pH值，使用了笔式pH计（合一，AS 600），而温度测量则使用了温度计（网-苏肯，快速检查 SN-820）。为了保持温度稳定，使用了水浴（眼花，水浴SB-9）。

菲咯啉吸收法铁离子价测定

在棉织物之前和之后，将其与10％盐酸接触，并提取出2 mL的提取物，分别放入两个50 mL的容量烧瓶中，其中一个烧瓶中加入了1 mL的0.3 M羟胺溶液。

使用紫外-可见光光谱仪（BLE分光光度计）测量了两个样品的吸光度值，以确定铁的化合价，随后，加入了5 mL 1 M乙酸钠水溶液，然后加入了5 mL 0.25％的1，10-菲咯啉溶液和足够的蒸馏水，使液面达到烧瓶的标线。

菲咯啉吸收测定法可以用来量化二价铁离子，在实验中，当添加羟胺时，通过还原作用，羟胺将三价铁离子还原为二价铁离子，因此可以同时测量二价铁离子和总铁离子的含量，然而，当不添加羟胺时，只有二价铁离子可以被准确地量化。

去污力评估

由于采用的方法无法精确控制氧化铁污渍的附着量，因此需要开发一种结构化的定量方法来确定清洁前的污渍量。

因此，尝试使用X射线荧光光谱（XRF）对铁进行定量分析，以实现快速而非破坏性的样品分析。

XRF被广泛认为是一种准确可靠的元素定量工具，可用于分析固体无机和有机样品，在地质学、医学和考古学等领域，XRF已被广泛应用。

清洁前后粘附的模型污渍的去污能力可以通过使用菲咯啉吸收测定法进行测试，并计算铁的量来评估。

如果铁结壳的数量与清洁前后的污渍量之间存在相关性，可以通过结合X射线荧光光谱（XRF）和菲咯啉吸收测定法来确定模型污渍上总附着的铁的量，这样的分析可以提供关于污渍的信息。

此外，通过使用XRF和光谱菲的模型染色样品进行分析，可以开发出紫外-可见光谱吸收测定法，用于评估溶液中无花果成分的浓度，这种方法可以提供关于模型染色溶液的成分的信息。

这一结果验证了使用XRF法来测定清洁率的可行性，通过XRF法测定铁含量可以提供准确的结果，并与菲咯啉吸收测定法相一致，从而为评估清洁率提供了可靠的方法。

可生物降解螯合剂的去污力

在生物降解性方面，与亚硫酸钠和EDTA结合的各种螯合剂存在问题，尽管已经证明亚硫酸钠和EDTA的组合具有良好的铁锈去除效果，但在本研究中使用模型染色剂再次确认了这一点。

因此，研究探索了使用生物降解性螯合剂作为EDTA替代品的可能性，并进行了清洁测试，代理物使用亚硫酸钠和其他各种螯合物。

通过将pH值调节至碱性条件（pH 10），亚硫酸钠能够发挥稳定的还原作用，并进行清洁试验，这样的探索有助于寻找更环保的替代品，以提高清洁剂的生物降解性能。

在研究中，以以下条件进行清洁测试：使用浓度为0.01摩尔/升的氢氧化钠亚硫酸盐和浓度为0.01摩尔/升的螯合剂， 温度设定为40°C，清洁时间为20分钟，这些条件下的清洁试验旨在评估清洁剂的性能和效果。

实验结果显示，EDTA、NTA、DTPA和HIDS对模型污渍表现出了出色的清洁效果，然而，有机酸盐的清洁效果较低，可能是因为草酸钠、柠檬酸钠或葡萄糖酸钠等有机酸性盐的螯合能力相对较弱，不及EDTA、NTA、DTPA和HIDS。

由于NTA被认为是二类致癌物质，而DTPA被确定为潜在的致癌物质，因此使用NTA或DTPA是不切实际的。

草酸和柠檬酸钠作为替代方案的螯合剂备受关注，但它们在清洁模型污渍方面并没有表现出较强的效果，无法与EDTA媲美。

可生物降解的螯合剂HIDS[76]一直备受关注，作为EDTA螯合剂的替代物，显示出高度的清洁效果。

在研究中，HIDS也证明有效，因此成为适合用于去除铁锈的合适可生物降解螯合剂的候选者。

各种还原混合的去污力

药剂和螯合剂浓度为5的盐酸％至 15％ 最常用于酸洗钢材35和草酸据报道，酸具有最好的氧化铁溶解度-在主要有机酸中的力量。

因为它的细胞络合力和高还原力因此，去污力组合还原-所述生物降解螯合剂和可生物降解螯合剂是与盐酸和草酸一起检查所提议的组合的实际适用性。

在以下实验条件下进行了清洁测试：温度为40°C，清洗时间为90秒，使用的组合包括0.1 mol/L的亚硫酸钠溶液，0.1 mol/L的二氧化硫脲溶液，0.05 mol/L的EDTA溶液和0.05 mol/L的HIDS溶液。

此外，盐酸浓度为1.37 mol/L，实验结果显示使用亚硫酸钠和各种螯合剂组合进行清洁后，模型污渍的去污效果以及外观的改善。

此外，pH值对亚硫酸钠和各种螯合剂组合的去污效果以及对二氧化硫脲和各种螯合剂组合的去污效果也进行了评估。

总结

通常，使用酸性剂去除铁锈，但这种方法对环境和人类健康有不利影响，因此，寻找一种环保的替代方法来除去铁锈变得非常重要，在研究中，探索了一种环保型的除铁锈方法。

首先，使用还原剂和可生物降解的螯合剂作为替代品来除去铁锈，传统的螯合剂如EDTA不可生物降解，因此对环境造成负面影响。

为此，还研究了各种可生物降解的螯合剂来替代EDTA，同时，还使用了还原剂来增强除锈效果。

在研究中，研究者们制备了模型铁锈污渍，并提出了一种环保型的除铁锈方案，建立了一种评估去污力的方法，并研究了不同螯合剂的效果，作为替代EDTA的药剂。

结果显示，使用可生物降解的螯合剂和还原剂的组合，如HIDS，其去污力等同或优于传统的酸性去除方法。

因此，成功证明了一种除铁锈的方法，结合了还原剂和可生物降解的螯合剂，这种方法在环保性方面具有优势，为开发更可持续的除铁锈方法提供了重要的指导。

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