陳曉蕊,魯 新,孫俊芝,劉 芳,趙朝成

(中國石油大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，青島 266580)

金屬的腐蝕防護(hù)在現(xiàn)代工業(yè)中起著重要的作用[1]。金屬腐蝕會造成設(shè)備損壞，甚至在石油、農(nóng)業(yè)等行業(yè)中導(dǎo)致物料泄漏，污染周圍環(huán)境，威脅人們的安全。目前，人們主要采用表面涂層技術(shù)、電化學(xué)保護(hù)、添加緩蝕劑等方法來防止金屬腐蝕的發(fā)生。其中，有機(jī)涂層防護(hù)成本較低且具有相對較好的防腐蝕性能，是迄今為止最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一[2]。

環(huán)氧樹脂由于具有良好的耐熱性，黏合性，介電性和耐腐蝕性而被廣泛應(yīng)用[3]。然而，環(huán)氧樹脂涂層是一種脆性材料，具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，抗沖擊能力較差,斷裂強(qiáng)度較低[4]。因此需要對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性以提高其力學(xué)性能。如通過加入與環(huán)氧聚合物相容的物質(zhì)，可以降低環(huán)氧樹脂涂層的孔隙率，阻斷有害物質(zhì)的擴(kuò)散路徑[5]。目前，研究較多的是加入納米粒子來提高環(huán)氧樹脂的性能。

溶菌酶(lysozyme,EC 3.2.1.17)是一種專門作用于微生物細(xì)胞壁的水解酶，其具有溶菌作用，故命名為溶菌酶[6]。脂肪酶(甘油酸酯水解酶，EC3.1.1.3)是一類特殊的生物酶，其廣泛用于催化酯水解或醇解、酯合成和酯交換等反應(yīng)[7]。譙康全等[8]研究發(fā)現(xiàn)溶菌酶可以作為生物緩蝕劑，在硫酸介質(zhì)中對Q235碳鋼具有緩蝕效果。脂肪酶對于脂類物質(zhì)具有降解能力，故可作為緩蝕劑用于循環(huán)冷卻水中[9]。前期研究也發(fā)現(xiàn)，溶菌酶與脂肪酶都具有緩蝕作用[10-13]。酶是一種蛋白質(zhì)，受溫度、pH等因素的影響較大，故需對游離酶進(jìn)行固定化[14]。

SBA-15介孔分子篩的孔道均一、孔徑可調(diào)，且其均一納米尺寸的孔徑允許酶分子的進(jìn)入，同時(shí)其功能性表面基團(tuán)可以根據(jù)目標(biāo)分子進(jìn)行改變，因此SBA-15介孔分子篩作為酶分子固定的載體有很高的優(yōu)越性。單一的SBA-15介孔分子篩存在化學(xué)反應(yīng)活性不高、活性位點(diǎn)較少等缺點(diǎn)，可以通過化學(xué)改性來提高其化學(xué)活性。

本工作制備氨基改性的SBA-15介孔分子篩，以氨基改性SBA-15介孔分子篩作為固定化酶的載體，分別確定溶菌酶和脂肪酶固定化的最佳條件，采用正交試驗(yàn)確定雙酶共固定化的最佳條件，將共固定化雙酶添加到環(huán)氧樹脂中制備環(huán)氧復(fù)合涂層，通過極化曲線和電化學(xué)阻抗譜分析該復(fù)合涂層的耐蝕性。

1 試驗(yàn)

1.1 氨基改性SBA-15介孔分子篩的制備及表征

稱取4 g的三嵌段共聚物(P123，分析純)溶于30 g去離子水和60 g 2 mol/L HCl溶液中，在40 ℃恒溫水浴加熱攪拌1 h，再用移液管緩慢滴加8.4 mL正硅酸四乙酯(TEOS)，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?2 h；將混合溶液移入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在130 ℃下結(jié)晶老化48 h；冷卻至室溫后過濾得到產(chǎn)物，用去離子水洗滌產(chǎn)物三次，并在100 ℃烘箱中干燥過夜；在550 ℃的馬弗爐中焙燒產(chǎn)物6 h，去除產(chǎn)物中模板劑，得到SBA-15介孔分子篩。

取1 g SBA-15介孔分子篩和30 mL甲苯加入到圓底燒瓶中，逐滴加入1.7 mL 3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，在80 ℃下加熱攪拌，冷凝回流6 h，混合液冷卻至室溫后，抽濾，先用甲苯?jīng)_洗濾出產(chǎn)物3～5次，再用無水乙醇反復(fù)洗滌，然后在100 ℃下干燥過夜后，得到氨基改性SBA-15介孔分子篩。

采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射光譜儀(XRD)和傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)對氨基改性SBA-15介孔分子篩的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。通過氮?dú)馕?脫附試驗(yàn)得到氨基改性SBA-15介孔分子篩的吸脫附曲線和孔徑分布情況。

1.2 固定化單酶條件優(yōu)化

取一定量的氨基改性SBA-15介孔分子篩，分別加入含溶菌酶和脂肪酶的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液中，在25 ℃對溶菌酶和脂肪酶進(jìn)行固定化。通過單因素試驗(yàn)，以相對酶活為評價(jià)指標(biāo)，對給酶量即溶菌酶和脂肪酶的質(zhì)量濃度，固定化時(shí)間，緩蝕液pH，緩沖液離子強(qiáng)度等固定化條件進(jìn)行優(yōu)化。

固定化脂肪酶的相對酶活測定：以三丁酸甘油酯為底物，將50 μL的三丁酸甘油酯加入到50 mL錐形瓶中，再加入磷酸緩沖溶液，然后添加適量的固定化脂肪酶，將錐形瓶放置在37 ℃的水浴鍋中恒溫加熱攪拌，反應(yīng)15 min后，加入10 mL甲醇終止反應(yīng)。以酚酞為指示劑，用0.05 mol/L NaOH滴定反應(yīng)所產(chǎn)生的酸。定義在37 ℃，pH為7.5，1 g脂肪酸每分鐘水解釋放出1 μmol 游離有機(jī)酸所需的固定化脂肪酶的量為一個(gè)活力單位。在同組試驗(yàn)中，酶活最高值計(jì)為100%，其余試驗(yàn)點(diǎn)的酶活與最大酶活之比即為相對酶活。

固定化溶菌酶的相對酶活測定：將1 mL一定濃度的溶菌酶溶液加入6 mL 1.2 g/L羧甲基殼聚糖(pH 4.5)中，在55 ℃的水浴鍋中反應(yīng)60 min，取出后加入1 mL鐵氰化鉀溶液和3滴60 g/L的NaOH溶液，搖勻后測定其pH為堿性后，移入100 ℃的沸水中進(jìn)行滅活處理5 min，冷卻至室溫后，在420 nm波長處測其吸光度。

1.3 共固定化雙酶條件優(yōu)化

選用以下4種方式將溶菌酶和脂肪酶共固定化在氨基改性SBA-15介孔分子篩上：(1) 先固定溶菌酶，后固定脂肪酶；(2) 先固定脂肪酶，后固定溶菌酶；(3) 脂肪酶和溶菌酶同時(shí)在緩沖液pH為6.5時(shí)固定；(4) 脂肪酶和溶菌酶同時(shí)在緩沖液pH為7.0時(shí)固定。選用相對酶活最高的方式為共固定化雙酶方法，再進(jìn)行條件優(yōu)化。

以溶菌酶質(zhì)量濃度、溶菌酶固定化時(shí)間、脂肪酶質(zhì)量濃度、脂肪酶固定化時(shí)間為影響因素，以緩蝕率為評價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)對共固定化雙酶條件進(jìn)行優(yōu)化。正交試驗(yàn)中，每個(gè)影響因素選擇5個(gè)水平，選擇L25(56) 型正交表，因素水平表如表1所示。

1.4 共固定化雙酶緩蝕性能的測定

根據(jù)GB/T18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》標(biāo)準(zhǔn)對Q235碳鋼進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，腐蝕介質(zhì)為循環(huán)冷卻水，并加入不同量共固定化雙酶作為緩蝕劑，試驗(yàn)溫度為40 ℃，掛片轉(zhuǎn)速為75 r/min。采用失重法計(jì)算Q235鋼的腐蝕速率，如式(1)所示，并根據(jù)式(2)計(jì)算緩蝕率。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Tab. 1 Factor and level table of orthogonal test

(1)

式中：v為試片腐蝕速率，mm/a；s為試片的表面積，cm2；ρ為試片的密度，g/cm；t為試驗(yàn)時(shí)間,a。

(2)

式中：ηw為根據(jù)腐蝕速率計(jì)算的緩蝕率,%;v0、v1為在未添加和添加共固定化雙酶時(shí)試片的腐蝕速率，mm/a。

1.5 涂層制備及其電化學(xué)測試

Q235碳鋼試片經(jīng)砂紙打磨，依次浸泡在丙酮中(除油污)和無水乙醇中(除水)，用濾紙和脫脂棉擦凈后，置于干燥皿中干燥1 h以上。稱取10 g環(huán)氧樹脂，加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的共固定化雙酶，經(jīng)過機(jī)械攪拌和超聲分散后使共固定化雙酶均勻分散在環(huán)氧樹脂中，將添加了共固定化雙酶的環(huán)氧樹脂涂料涂覆在Q235碳鋼表面，常溫固化72 h后形成氨基改性SBA-15介孔分子篩共固定化雙酶/環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層(以下稱復(fù)合涂層)。

電化學(xué)測試在CHI660E型電化學(xué)工作站上進(jìn)行，并采用三電極體系：帶有復(fù)合涂層的Q235碳鋼為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲電極為輔助電極。以3.5%的NaCl溶液為工作介質(zhì)，待開路電位穩(wěn)定后，測復(fù)合涂層的極化曲線和電化學(xué)阻抗譜。其中，極化曲線測試的掃描速率為0.01 V/s，掃描電位范圍為開路電壓上下0.15 V，電化學(xué)阻抗測試頻率范圍為10-2～106Hz。

2 結(jié)果與討論

2.1 氨基改性SBA-15介孔分子篩的表征

圖1為SBA-15介孔分子篩氨基改性前后的SEM形貌。由圖可知，改性前SBA-15介孔分子篩為棒狀結(jié)構(gòu)，且團(tuán)聚成束；氨基改性后，在SBA-15介孔分子篩表面出現(xiàn)微小的顆粒，說明部分氨基成功嫁接到SBA-15分子篩上。

(a) 改性前

(b) 改性后圖1 氨基改性前后SBA-15介孔分子篩的SEM形貌Fig. 1 SEM morphology of SBA-15 mesoporous molecular sieves before (a) and after (b) amino modifying

圖2為SBA-15介孔分子篩氨基改性前后的XRD譜。由圖可見，在2θ為0.8°附近出現(xiàn)尖銳且較強(qiáng)的晶面衍射峰，對應(yīng)衍射晶面為(100)，雖改性后峰強(qiáng)稍有減弱，但接枝的有機(jī)官能團(tuán)并未改變其孔道結(jié)構(gòu);在2θ為1.5°和1.7°附近出現(xiàn)較弱的晶面衍射峰，對應(yīng)衍射晶面為(110)和(200)，這是二維六方結(jié)構(gòu)典型的特征衍射峰，說明合成的SBA-15分子篩具有介孔結(jié)構(gòu)。接枝有機(jī)官能團(tuán)后，雖然孔道的結(jié)構(gòu)沒有明顯的變化，但孔道組成更加豐富從而導(dǎo)致材料的有序性降低，因此氨基改性SBA-15分子篩的特征峰強(qiáng)度有所下降。以上分析說明氨基成功嫁接到了SBA-15介孔分子篩上。

圖2 氨基改性前后SBA-15介孔分子篩的XRD譜Fig. 2 XRD patterns of SBA-15 mesoporous molecular sieves before and after amino modifying

圖3為SBA-15介孔分子篩氨基改性前后的紅外光譜圖。可以看出，在波數(shù)為3 450 cm-1附近有一個(gè)較寬的吸收峰，為Si-OH伸縮振動峰；波數(shù)為1 640 cm-1處，為水中-OH伸縮振動峰；在460、789、1 083 cm-1附近的吸收峰，分別為Si-O-Si的彎曲振動、對稱伸縮振動和不對稱伸縮振動峰[15]。通過對比可知，氨基改性SBA-15分子篩在1 561 cm-1附近出現(xiàn)了-NH2吸收振動峰，說明氨基成功嫁接到了SBA-15分子篩上。

圖3 氨基改性前后SBA-15介孔分子篩的FT-IR譜Fig. 3 FT-IR spectra of SBA-15 mesoporous molecular sieves before and after amino modifying

圖4是SBA-15介孔分子篩氨基改性前后的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布圖。由圖4可以看出，氨基改性前后SBA-15分子篩的吸附等溫曲線都屬于典型的IV型[16]，這說明氨基改性后SBA-15分子篩的孔道結(jié)構(gòu)沒有被破壞，仍是介孔結(jié)構(gòu)。由于介孔材料的毛細(xì)凝聚現(xiàn)象，在低壓力段吸附量較為平緩，當(dāng)p/p0提高至0.6～0.8時(shí)，出現(xiàn)了明顯的吸附突越，出現(xiàn)了H1型滯后環(huán)。SBA-15介孔分子篩和氨基改性SBA-15分子篩的孔徑分布曲線為單峰，同時(shí)半峰寬較窄，其平均孔徑由9.42 nm降到7.85nm，比表面積由689.91m2/g降到574.75m2/g，這可能是SBA-15分子篩經(jīng)過氨基改性后氨基進(jìn)入孔道內(nèi)造成的。

(a) 改性前

(b) 改性后圖4 氨基改性前后SBA-15介孔分子篩的N2吸附-脫附曲線和孔徑分布Fig .4 N2 adsorption and desorption curves and pore size distribution of SBA-15 mesoporous molecular sieves before (a) and after (b) amino modifying

2.2 固定化單酶條件優(yōu)化

2.2.1 給酶量優(yōu)化

由圖5可知，隨著給酶量的增加，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的相對酶活均先增大后減小，當(dāng)給酶量為0.4 g/L時(shí)，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶均具有最大的相對酶活。給酶量越大，氨基改性SBA-15分子篩上偶聯(lián)的酶蛋白質(zhì)越多，相應(yīng)的固定化酶的相對酶活也越大；載體上酶分子的結(jié)合位點(diǎn)是有限的，當(dāng)給酶量大于0.4 g/L時(shí)，結(jié)合位點(diǎn)達(dá)到飽和，且隨著給酶量的增大，酶分子可能會聚集成團(tuán)，使酶的活性中心互相掩蓋，影響了酶分子和氨基改性SBA-15分子篩的相互結(jié)合，造成相對酶活的降低。因此，隨著給酶量的增加相對酶活會提高，但超過一定值后，相對酶活會降低，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的最佳給酶量均為0.4 g/L。

圖5 給酶量對固定化酶相對酶活的影響Fig. 5 Effect of enzyme concentration on relative activity of immobilized enzyme

2.2.2 固定化時(shí)間優(yōu)化

取一定量氨基改性SBA-15介孔分子篩，加入到質(zhì)量濃度均為0.4 g/L溶菌酶和脂肪酶的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液(50 mmol/L，pH 7)中，在25 ℃下考察固定時(shí)間對固定化溶菌酶和固定化脂肪酶相對酶活的影響，結(jié)果見圖6。由圖6可知，隨著固定化時(shí)間的延長，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的相對酶活均先升高后降低，在固定化時(shí)間為6 h時(shí)，相對酶活達(dá)到最大值。當(dāng)固定化時(shí)間較短時(shí)，交聯(lián)反應(yīng)不充分，酶和氨基改性SBA-15分子篩的結(jié)合受到限制。當(dāng)固定化時(shí)間超過6 h后，由于交聯(lián)時(shí)間的延長，過多的活性醛基與載體間形成多點(diǎn)結(jié)合，產(chǎn)生空間位阻，使酶分子的活性中心不易和底物分子結(jié)合。同時(shí)，隨著固定時(shí)間的延長，酶分子可能形成團(tuán)聚現(xiàn)象，使酶分子的活性中心相互掩蔽，造成了酶活性的降低，固定化時(shí)間過長，也可能導(dǎo)致部分酶分子失活。因此，超過一定的時(shí)間后固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的活性，均會下降。故制備固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的最佳固定時(shí)間均為6 h。

圖6 固定化時(shí)間對固定化酶相對酶活的影響Fig. 6 Effect of immobilization time on relative activity of immobilized enzyme

2.2.3 緩沖液pH優(yōu)化

取一定量氨基改性的SBA-15介孔分子篩，分別加入到質(zhì)量濃度均為0.4 g/L的溶菌酶和脂肪酶的緩沖液(50 mmol/L)中，在25 ℃固定化6 h后，考察緩沖液pH對固定化溶菌酶和固定化脂肪酶相對酶活的影響，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，隨著緩沖液pH的增大，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的相對酶活均先增大后減小，分別在緩沖液pH為6.5和7.0時(shí)固定化溶菌酶和固定化脂肪酶相對酶活達(dá)到最大值。緩沖液pH過高或過低，都會對酶產(chǎn)生一定的損壞，導(dǎo)致酶活性降低。緩沖液pH的變化能夠改變氨基改性SBA-15分子篩與酶接觸的微環(huán)境。由于溶菌酶和脂肪酶都是具有生物活性的蛋白質(zhì)，pH對其構(gòu)象和帶電狀態(tài)會有一定的影響，酶構(gòu)象的變化會引起酶活性的喪失[17]。因此，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的最佳pH條件分別為6.5和7.0。

圖7 緩沖液pH對固定化酶相對酶活的影響Fig. 7 Effect of pH value of buffer solution on relative activity of immobilized enzyme

2.2.4 緩沖液離子強(qiáng)度優(yōu)化

取一定量氨基改性SBA-15介孔分子篩，加入到質(zhì)量濃度均為0.4 g/L，pH分別為6.5和7.0的溶菌酶和脂肪酶的緩沖液中，在25 ℃固定化6 h，考察緩沖液離子強(qiáng)度對固定化溶菌酶和固定化脂肪酶相對酶活的影響，結(jié)果見圖8。由圖8可知，緩沖液離子強(qiáng)度為50 mmol/L時(shí)，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的相對酶活最高，當(dāng)緩沖液離子強(qiáng)度高于或低于50 mmol/L時(shí)，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的相對酶活均有降低。緩沖液離子強(qiáng)度較低時(shí)，緩沖作用較弱，無法提供一個(gè)穩(wěn)定的作用環(huán)境。而當(dāng)緩沖液離子強(qiáng)度較高時(shí)，酶分子周圍的電荷屏蔽效應(yīng)顯著，使酶的活性基團(tuán)無法與底物有效結(jié)合。同時(shí)，緩沖液離子強(qiáng)度較高時(shí)，還可能會造成酶分子活性的降低。因此，緩沖液離子強(qiáng)度過高或過低都會造成相對酶活的降低，固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的最佳緩沖液離子強(qiáng)度為50 mmol/L。

綜上所述，溶菌酶的最佳固定條件為：給酶量0.4 g/L，固定時(shí)間6 h，緩沖液離子強(qiáng)度50 mmol/L，緩沖液pH 6.5；脂肪酶的最佳固定條件為：給酶量0.4 g/L，固定時(shí)間6 h，緩沖液離子強(qiáng)度50 mmol/L，緩沖液pH 7.0。

圖8 緩沖液離子強(qiáng)度對固定化酶相對酶活的影響Fig. 8 Effect of ionic strength of buffer solution on relative activity of immobilized enzyme

2.3 共固定化雙酶條件優(yōu)化

在先固定溶菌酶后固定脂肪酶(方法1)、先固定脂肪酶后固定溶菌酶(方法2)、脂肪酶和溶菌酶同時(shí)在緩沖液pH為6.5時(shí)固定(方法3)、脂肪酶和溶菌酶同時(shí)在緩沖液pH為7.0時(shí)固定(方法4)4種共固定化方式中，方法1獲得的固定化溶菌酶和固定化脂肪酶的相對酶活均較高，故采用先固定溶菌酶再固定脂肪酶的方式，以氨基改性SBA-15分子篩為載體對溶菌酶和脂肪酶進(jìn)行共固定化。

共固定化雙酶正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知，各因素對雙酶共固定化效果影響的順序?yàn)槿芫纲|(zhì)量濃度>脂肪酶固定化時(shí)間>溶菌酶固定化時(shí)間>脂肪酶質(zhì)量濃度，共固定化雙酶最佳條件組合為：溶菌酶質(zhì)量濃度0.2 g/L、溶菌酶固定化時(shí)間6 h、脂肪酶質(zhì)量濃度0.8 g/L、脂肪酶固定化時(shí)間10 h。以該最佳條件組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測得緩蝕率為93.43%。

2.4 復(fù)合涂層的緩蝕性能

添加不同量共固定化雙酶的復(fù)合涂層的極化曲線如圖9所示，其擬合電化學(xué)參數(shù)見表3。根據(jù)自腐蝕電流密度按式(3)計(jì)算緩蝕率ηp，結(jié)果也列于表3中。

(3)

式中：J0、J1分別為裸碳鋼及帶復(fù)合涂層碳鋼的腐蝕電流密度。

自腐蝕電位Ecorr反映了復(fù)合涂層發(fā)生腐蝕的難易程度，腐蝕電流密度Jcorr反映了復(fù)合涂層的腐蝕速率。由表3可知，帶復(fù)合涂層碳鋼的腐蝕電流密度比裸碳鋼的明顯減小，同時(shí)裸碳鋼的自腐蝕電位也遠(yuǎn)低于帶復(fù)合涂層碳鋼的，這表明復(fù)合涂層使碳鋼的耐腐蝕性能增強(qiáng)。另外，復(fù)合涂層的耐腐蝕性能均優(yōu)于純環(huán)氧樹脂涂層的，純環(huán)氧樹脂涂層的緩蝕率為93.34%。隨著共固定化雙酶添加量的增加，復(fù)合涂層的緩蝕率先增大后減小，最大值出現(xiàn)在添加量為1.5%時(shí)。共固定化雙酶添加到環(huán)氧樹脂后，增加了腐蝕性物質(zhì)擴(kuò)散到金屬表面的曲折度，因此涂層的耐腐蝕性能提高。當(dāng)共固定化雙酶添加量過少時(shí)，環(huán)氧樹脂中溶劑揮發(fā)留下的孔隙未能被充分填充，導(dǎo)致水、氧氣和其他腐蝕性物質(zhì)可以通過孔隙接觸基體表面；添加量過多時(shí)，納米顆粒可能會發(fā)生團(tuán)聚和堆積現(xiàn)象，腐蝕性介質(zhì)可以通過堆積界面接觸到基體。因此，復(fù)合涂層中共固定化雙酶的最佳添加量為1.5%，此時(shí)其緩蝕率為96.61%。

表2 共固定化雙酶正交試驗(yàn)結(jié)果Tab. 2 Orthogonal test results of co-immobilized double enzyme

圖10為添加不同量共固定化雙酶的復(fù)合涂層的電化學(xué)阻抗譜，根據(jù)圖11所示等效電路對電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行擬合，得到的電化學(xué)參數(shù)見表4。其中，Rs為溶液電阻；Rc為涂層電阻，反應(yīng)涂層阻擋電解質(zhì)穿透涂層的能力；Cc為涂層電容，由于電解質(zhì)滲透到涂層時(shí)，可能會改變介電常數(shù)，使涂層的電容變化，故Cc反應(yīng)涂層的抗?jié)B透性能[18]。根據(jù)擬合得到涂層電阻計(jì)算緩蝕率ηR，結(jié)果也列于表4中。

圖9 添加不同量共固定化雙酶的復(fù)合涂層的極化曲線Fig. 9 Polarzation curves of composite coatings added with different amounts of co-immobilized double enzymes

表3 添加不同量的共固定化雙酶復(fù)合涂層極化曲線的擬合電化學(xué)參數(shù)Tab. 3 Electrochemical parameters fitted from polarzation curves of composite coatings added with different amounts of co-immobilized double enzymes

在Nyquist圖的高頻端出現(xiàn)了一個(gè)半圓弧，半圓弧的直徑越大，說明電荷轉(zhuǎn)移的電阻越大，復(fù)合涂層具有較高的電阻和較低的容抗，其耐腐蝕性越強(qiáng)，可以阻止NaCl溶液滲透到基體和涂層的界面使基體免遭腐蝕[19]。復(fù)合涂層的Nyquist曲線均存在單容抗弧和一個(gè)時(shí)間常數(shù)，說明基體未發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)阻抗譜分析結(jié)果表明，共固定化雙酶添加量為1.5%時(shí)復(fù)合涂層的耐腐蝕性能最好，純環(huán)氧樹脂涂層的最差。溶劑揮發(fā)導(dǎo)致環(huán)氧樹脂涂層中存在大量孔隙，腐蝕性物質(zhì)可以通過孔隙與基體表面接觸，造成腐蝕[20]。共固定化雙酶添加量為1.5%時(shí),共固定化雙酶既可充分填充孔隙，又不會因添加量過多導(dǎo)致團(tuán)聚，因此該涂層具有最好的耐腐蝕性能。這與Tafel曲線和Nyquist曲線的測定結(jié)果一致。

(a) Nyquist圖

(b) Bode圖圖10 加不同量共固定化雙酶的復(fù)合涂層的電化學(xué)阻抗譜Fig. 10 Nyquist plots (a) and Bode plots (b) of composite coatings added with different amounts of co-immobilized double enzymes

圖11 電化學(xué)阻抗譜對應(yīng)的等效電路圖Fig. 11 Equivalent circuit corresponding to EIS

3 結(jié)論

(1) 成功制備氨基改性SBA-15介孔分子篩，孔徑為7.85 nm，比表面積為574.75 m2/g。

(2) 采用單因素試驗(yàn)優(yōu)化溶菌酶和脂肪酶固定化條件。溶菌酶的最佳固定條件為：給酶量0.4 g/L，固定時(shí)間6 h，緩沖液離子強(qiáng)度50 mmol/L，緩沖液pH 6.5；脂肪酶的最佳固定條件為：給酶量0.4 g/L，固定時(shí)間6 h，緩沖液離子強(qiáng)度50 mmol/L，緩沖液pH 7.0。共固定化雙酶的方法是先固定溶菌酶后固定脂肪酶。在確定固定化雙酶順序的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)得共固定化雙酶的最優(yōu)條件為溶菌酶質(zhì)量濃度0.2 g/L，溶菌酶固定化時(shí)間6 h，脂肪酶質(zhì)量濃度0.8 g/L,脂肪酶固定化時(shí)間10 h。最優(yōu)條件下制得的共固定化雙酶的緩蝕率為93.43%。

表4 添加不同量共固定化雙酶復(fù)合涂層EIS的擬合參數(shù)Tab. 4 Fitted parameters of EIS of composite coatings added with different amounts of co-immobilized double enzymes

(3) 在環(huán)氧樹脂中添加氨基改性SBA-15介孔分子篩共固定化雙酶可改善其耐腐蝕性能。當(dāng)共固定化雙酶的添加量為1.5%時(shí)，復(fù)合涂層具有最佳的耐腐蝕性，其緩蝕率達(dá)96.61%。