目前,工业生产中钢铁的除锈通常采用无机酸酸洗的方式进行,在该过程中无机酸的强反应性易于在钢铁表面除锈的同时引起酸与钢铁基体中的铁的反应,从而产生过度酸洗等问题。酸洗缓蚀剂是有效降低钢铁酸洗过程中腐蚀现象发生的有效助剂。高性能绿色生物基缓蚀剂因具有无毒无害、环保绿色的特点而得到了广泛关注。木质素是仅次于纤维素的第二大天然高分子物质,因具有可再生、易生物降解,无毒害作用等特点,作为造纸工业的副产物被认为是优良的生物质化工原料。目前造纸工业的木质素,主要采用燃烧的方式进行处理,未得到高附加值的开发应用。本研究主要针对上述木质素利用领域以及我国钢铁加工制造行业中的腐蚀问题,结合制浆造纸工业木质素的利用现状和木质素的本身功能特性,利用化学手段对制浆造纸行业中产量占据主导地位的硫酸盐木质素进行改性和功能化,并将其用作盐酸溶液中金属除锈过程中的缓蚀剂,探讨木质素的改性与缓蚀性能的构效关系,同时利用现代分析技术进行缓蚀效率和缓蚀机理的相关研究,从而清晰硫酸盐木质素基缓蚀剂的缓蚀性能及其缓蚀机理,为木质素的功能改性及在钢铁缓蚀领域的应用提供技术指导和理论支持。本研究以硫酸盐木质素为原料,分别以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酸(AA),丙烯酰胺(AM)为功能单体,过硫酸钾为引发剂,合成了木质素基高分子聚合物木质素-DMC、木质素-AA和木质素-AM。同时,2,3环氧丙基三甲基氯化铵(EPTAC)为接枝物,在碱性条件下对硫酸盐木质素进行了接枝改性,制备了木质素-EPTAC改性物。利用电荷滴定技术、TGA、FTIR和XPS等分析技术对木质素及木质素衍生物的结构及其性质进行了表征。将制备的四种木质素衍生物用作盐酸酸洗缓蚀剂,利用静态失重法、电化学方法、环境扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)形貌分析、接触角等方法研究了木质素衍生物对碳钢在1 mol/L盐酸溶液中的缓蚀性能,详细探讨了四种木质素衍生物的浓度以及温度等影响因素对缓蚀效果的影响,同时利用采用量子化学和分子动力学对木质素衍生物对碳钢的缓蚀机理进行了探讨。结果表明,成功制备了木质素-DMC、木质素-AA、木质素-AM和木质素-EPTAC四种木质素衍生物。四种木质素衍生物用作盐酸缓蚀剂时,在各自最佳浓度条件下对应的缓蚀率遵循:木质素-AM(300 mg/L:IE%=50.43%)<木质素-AA(150 mg/L:IE%=82.18%)<木质素-DMC(75 mg/L:IE%=87.65%)<木质素-EPTAC(100 mg/L:IE%=97.80%)的顺序。阳离子型木质素衍生物具有更好的的缓蚀效果。通过对木质素衍生物缓蚀机理的探讨发现,四种木质素衍生物缓蚀剂分子在碳钢表面能够发生物理和化学吸附形成保护膜,阻碍碳钢表面腐蚀反应的进行,从而达到对碳钢的保护作用,为吸附型缓蚀剂。硫酸盐木质素基缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附。四种缓蚀剂中木质素-DMC、木质素-EPTAC均是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂,而木质素-AA以及木质素-AM是以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂。使用木质素缓蚀剂后,碳钢表面的粗糙度下降、均匀性提高,表面的疏水性增加。量子化学和分子动力学(MD)模拟数据表明,四种木质素衍生物在碳钢表面均具有一定的吸附作用,且具有较高的反应活性。木质素缓蚀剂的吸附机理是以苯环为主的共轭体系,通过共轭作用在碳钢表面形成化学键,产生化学吸附,同时带正电的季铵盐或木质素衍生物在酸性条件下与H~+形成的带正电的鎓离子,吸附于碳钢表面,与碳钢表面的负离子通过静电相互作用形成物理吸附。缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附更倾向于平面吸附。