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  國際上將碳捕集、利用與封存（CCUS）作為實現長期減碳減排的重要措施，CCUS技術對于降低全球二氧化碳排放量至關重要。CCUS也是實現我國長期綠色低碳發(fā)展的必然選擇和重要舉措，然而CCUS技術高速發(fā)展必然會帶來裝備的腐蝕與防護難題。通常在高溫高壓條件下，或在水、氮氧化物和有機污染物存在的情況下CCUS會對設備造成兩種腐蝕。一種是以超臨界CO₂為主體，超臨界狀態(tài)下的CO₂具有特殊的溶解性能，會將金屬表面防護層中穩(wěn)定成分溶解，造成涂層失效；另一種是水為主體，其中含有的離子會增強溶液的電導率促進碳酸的腐蝕反應，造成腐蝕的加劇。因此，亟需新型涂層防腐技術，大幅延長和保障裝備在苛刻CO2工況下服役壽命，是響應國家能源保穩(wěn)政策，同時貫徹國家“雙碳”戰(zhàn)略目標的有效方式。

  針對上述重大需求，天津大學汪懷遠教授帶領AFCC團隊開展了深入研究，將TiO₂-ZnO異質結構負載到氧化石墨烯（GO）納米片表面，可有效誘導電子-空穴的分離并完成光致親水轉化功能。通過紫外光（UV）照射，PFDTMS改性的F/T-Z-G填料由疏水性轉變?yōu)橛H水性。利用上述思想設計具有表面親水自清潔，底層具有強效屏蔽性能的功能一體化涂層，該涂層可應用于CCUS領域高溫高壓苛刻工況下CO₂運輸儲存設備腐蝕防護與自清潔。

圖1. 分別為純聚脲涂層、20% T-Z-G聚脲涂層、20% F/T-Z-G聚脲涂層、HTHP聚脲涂層、HTHP 20% T-Z-G聚脲涂層和HTHP 20% F/T-Z-G聚脲涂層在2.8 MPaCO₂和3.5wt.% NaCl溶液環(huán)境中浸泡24小時前(a)后(b)的EIS結果

圖2. (a)純聚脲涂層，(b) F/T-Z-G聚脲涂層的保護機制圖;和(c, d)機理轉化過程；(e) 20% F/T-Z-G聚脲涂層下基材的XPS總光譜圖：(f)Fe2p (g) O1s 和 (h) C1s。

  對于純聚脲涂層（圖2a），腐蝕介質可以迅速到達鋼板表面并造成嚴重腐蝕，而F/T-Z-G聚脲涂層（圖2b）的保護機理可分為三部分：（1）F/T-Z提高了GO的分散性，使聚脲基體更致密、缺陷和孔隙更少，有效抑制腐蝕介質的擴散。(2)含氟基團具有優(yōu)異的疏水性能，有效防止水和腐蝕性介質接觸基材表面，進一步增強涂層的屏蔽性能。(3) 如圖2c、d所示，TiO₂-ZnO異質結在涂層表面將氧氣或水分子捕獲形成羥基自由基(OH?)。同時，通過XPS表征可以得出結論，Fe²⁺和Fe³⁺與OH?結合形成Fe₃O₄，然后在鋼表面形成鈍化膜（圖2 e-h）。涂層與鋼板界面形成的穩(wěn)定保護膜覆蓋在鋼板的整個表面，降低了鋼板的腐蝕速率。

  綜上所述，該工作設計制備了表層親水自清潔和底層疏水防腐的多功能一體防腐涂層，既解決現有多層噴涂的問題又有效的應用于CCUS設備腐蝕領域。在此基礎上，團隊進一步將涂層耐蝕性能提高到覆蓋20MPa、150℃的CO₂超臨界液體腐蝕范圍，為極端環(huán)境下CCUS裝備腐蝕防護提供了技術方案。

  文章原文：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109638