全 文 ：卢燕等 硫酸介质中榕树叶提取液的缓蚀性能及其与 KI的缓蚀协同效应28
硫酸介质中榕树叶提取液的缓蚀性能及其与 KI的缓蚀协同效应
卢燕1，郑兴文1，2，刘新露1，曾凤春1
(1．四川理工学院 化学与制药工程学院，自贡 643000;
2．材料腐蚀与防护四川省重点实验室，自贡 643000)
［摘 要］ 通过电化学方法和失重法，研究了榕树叶提取液( FLE) 对碳钢在硫酸溶液中的缓蚀性能，同时研
究了它与 KI 的缓蚀协同效应，探讨了缓蚀机理。研究结果表明: 在硫酸溶液中，FLE 对碳钢属混合抑制型缓蚀
剂，缓蚀效率随其浓度的增加而增大; FLE与 KI之间存在良好的协同效应，两者复配后，体系的腐蚀电流密度减
小，电荷传递电阻增大，双电层电容减小，缓蚀效率增大，表现出更好的缓蚀作用; FLE 与 KI 复配前后，其在碳钢
表面的吸附均为自发过程，且符合 Langmuir吸附等温方程。
［关键词］ 榕树叶; 缓蚀剂; 碳钢; 硫酸; KI; 协同效应
［中图分类号］TG174． 42 ［文献标识码］A ［文章编号］1001-3660(2013)03-0028-05
Corrosion Inhibition of Ficus Microcarpa Leaves Extract and
Its Synergistic Effect with KI in Sulfuric Acid
LU Yan1，ZHENG Xing-wen1，2，LIU Xin-lu1，ZENG Feng-chun1
(1． School of Chemical and Pharmaceutical Engineering，
Sichuan University of Science ＆ Engineering，Zigong 643000，China;
2． Key Laboratory of Material Corrosion and Protection of Sichuan Province，Zigong 643000，China)
［Abstract］ Through electrochemical methods and weight loss measurement，the corrosion inhibition of ficus microcarpa
leaves extract (FLE)for carbon steel in sulfuric acid solutions was studied，and the synergistic effect between FLE and KI was
investigated，furthermore the inhibition mechanism of FLE was discussed． The results showed that FLE was a mixed-type inhibi-
tor for carbon steel，and the inhibition efficiency of FLE for carbon steel increased with increase of the concentration of FLE．
There existed significant synergistic effect between FLE and KI，which made the mixture of FLE and KI was used as corrosion in-
hibitor，the corrosion current density and double layer capacitance decreased，the charge transfer resistance increased，conse-
quently showed better corrosion inhibition and higher inhibition efficiency． The adsorption of FLE with the presence and absence
of KI on the carbon steel surface was a spontaneous process，and obeyed Langmuir adsorption isotherm model．
［Key words］ ficus microcarpa leaves;corrosion inhibitor;carbon steel;sulfuric acid;KI;synergistic effect
［收稿日期］2013-01-10; ［修回日期］2013-02-26
［基金项目］材料腐蚀与防护四川省重点实验室项目(2011CL07) ;绿色催化四川省高校重点实验室项目(LYJ1102)
［作者简介］卢燕(1963—) ，女，四川自贡人，副教授，主要研究方向为应用化学。
绿色、环保和可持续已成为时代发展的主题，一些
有毒有害的缓蚀剂将被限制或禁止使用［1］。从天然植
物中提取的缓蚀剂具有无毒、可生物降解等特性，受到
许多科研工作者的关注［2］。目前，研究的植物包括竹
叶［3］、樟树叶［4］、黄连［5］等，已达数十种［2，6］。榕树是
桑科榕属木本类植物的统称，主要分布在热带和亚热
带地区，我国主要分布在广东、福建、广西、海南、浙江
和台湾等地，为当地的主要植物品种之一［7—9］。有研
究表明，榕树叶中含黄酮、氨基酸、维生素、有机酸等有
机物［7—9］，这些物质中含有氧、氮等杂原子和不饱和
键，存在作为缓蚀剂的可能性。本文对榕树叶提取液
(FLE)的缓蚀性能及其与 KI 的缓蚀协同效应进行了
研究。
1 实验
1． 1 FLE 的制备
采摘新鲜的榕树叶，经筛选、清洗和自然干燥后，
在干燥箱中于 50 ℃烘干，粉碎，放入广口瓶中备用。
称取一定量的榕树叶，用适量的 0． 5 mol /L H2SO4 在
DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2013.03.022
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Vol． 42 No． 3 Jun． 2013 SURFACE TECHNOLOGY 29
常温下浸泡 12 h，减压过滤后，用 0． 5 mol /L H2SO4 稀
释至相应浓度，FLE 的浓度以单位体积的硫酸所浸泡
的榕树叶的质量计，即:
CFLE =
mFL
VH2SO4
(1)
式中:CFLE表示 FLE的浓度;mFL为榕树叶的质量;
VH2SO4为所用 0． 5 mol /L H2SO4 的体积。
1． 2 FLE 缓蚀性能的测试
通过电化学测试和失重法研究 FLE 的缓蚀性能。
实验所用材料为市售 Q235 钢，用线切割机进行试样
加工。电化学试样的直径为 1 cm，工作面积为 0． 785
cm2;失重试样的规格为 50 mm ×25 mm ×2 mm。
电化学测试参照文献［10］进行。失重试样先用
金相砂纸逐级打磨至 800#，测量表面积，经去离子水、
无水乙醇和丙酮依次超声清洗后，进行干燥和称量;然
后在(25 ± 2)℃下，于实验介质中浸蚀 4 h，取出并清
除腐蚀产物、清洗除油后，再次进行干燥和称量，计算
腐蚀速度和缓蚀效率，并用 NIKON EPIHOT 200 型金
相显微镜观察试样的表面形貌。
2 结果与讨论
2． 1 极化曲线分析
图 1 为 25 ℃下，碳钢在不同浓度 FLE溶液中的极
化曲线，利用 Tafel 外推法求得的电化学参数见表 1，
其中缓蚀效率 η的计算公式为:
η = 1 －
Jcorr
Jcorr，( )0 × 100% (2)
式中:Jcorr，0和 Jcorr分别为加入缓蚀剂前、后的腐蚀
电流密度。
图 1 碳钢在不同浓度 FLE溶液中的极化曲线
Fig． 1 Polarization curves for carbon steel in
solutions containing different concentration of FLE
由图 1 可见，极化曲线的阴极部分随着 FLE 浓度
的增加，向低电流密度方向移动，而且它们几乎平行，
说明 FLE抑制了吸氢反应的发生，但并没有改变反应
的机制［11］;极化曲线的阳极部分，在极化电位较低时，
表 1 图 1 对应的电化学参数
Tab． 1 The electrochemical parameters
corresponding to Fig． 1
CFLE /
(g·mL －1)
Ecorr /
V
Jcorr /
(mA·cm －2)
βa /
mV
βc /
mV
η /
%
空白溶液 － 0． 4396 0． 7056 37． 6 131． 7
0． 005 － 0． 4336 0． 2268 19． 8 131． 8 67． 9
0． 010 － 0． 4376 0． 0607 40． 6 117． 4 91． 4
0． 025 － 0． 4288 0． 0579 36． 3 126． 8 91． 8
0． 05 － 0． 4222 0． 0322 34． 0 126． 3 95． 4
0． 1 － 0． 4191 0． 0185 32． 2 130． 1 97． 4
随 FLE浓度的增加向低电流密度方向移动，说明 FLE
同时也抑制了金属的溶解反应，但在极化电位较大时，
阳极部分几乎重合，说明缓蚀剂已经从金属表面完全
脱附，不再起到缓蚀作用。此外，当 FLE 的浓度大于
0． 01 g /mL时，在极化曲线的阳极部分可以观察到阳
极脱附现象［4，11］，这表明 FLE 是通过在碳钢表面的吸
附起到缓蚀作用。
由图 1 和表 1 可见，与在空白溶液中相比，碳钢电
极在 FLE溶液中的腐蚀电位正移，且随 FLE 浓度的增
加，腐蚀电位有进一步正移的趋势，但在实验浓度范围
内，总体正移幅度较小，约 20 mV;随 FLE浓度的增加，
腐蚀电流密度减小，缓蚀效率增大，说明 FLE 有效地
抑制了碳钢在硫酸溶液中的腐蚀。
综上所述，FLE 对碳钢在 0． 5 mol /L H2SO4 溶液
中为混合抑制型缓蚀剂，作用机理为几何覆盖效
应［4，11］。
图 2 为 25 ℃下碳钢在不同浓度的 FLE 与 0． 001
mol /L KI 复配溶液(FPFLE)中的极化曲线，对应的电
化学参数见表 2，其中 S为协同效应系数。
图 2 碳钢在不同浓度 FPFLE溶液中的极化曲线
Fig． 2 Polarization curves for carbon steel in H2SO4
solutions containing different concentration of FLE and KI
由图 2 可见，碳钢在 FPFLE 溶液中的极化曲线与
在 FLE溶液中的相似，阴极部分几乎平行，阳极部分
在极化电位较低时，随 FLE 浓度的增加向低电流密度
方向移动，在极化电位较大时则几乎重合，而且均可以
观察到阳极脱附现象。结合图 2 和表 2 可见，与在空
卢燕等 硫酸介质中榕树叶提取液的缓蚀性能及其与 KI的缓蚀协同效应30
表 2 图 2 对应的电化学参数
Tab． 2 The electrochemical parameters
corresponding to Fig． 2
CFLE /
(g·mL －1)
Ecorr /
V
Jcorr /
(mA·cm －2)
βa /
mV
βc /
mV
η /% S
空白溶液 － 0． 4396 0． 7056 37． 6 131． 7
0 － 0． 4429 0． 1750 62． 9 135． 9 75． 2
0． 005 － 0． 4365 0． 0149 74． 5 101． 9 97． 9 3． 76
0． 010 － 0． 4179 0． 0089 64． 9 111． 2 98． 7 1． 63
0． 025 － 0． 4179 0． 0073 78． 6 109． 5 99． 0 1． 97
0． 05 － 0． 4269 0． 0054 86． 9 104． 6 99． 2 1． 49
0． 1 － 0． 4183 0． 0022 84． 4 113． 7 99． 7 2． 10
白溶液中相比，碳钢电极在 FPFLE 溶液中的腐蚀电位
正移，但正移幅度较小，约 20 mV。说明 FPFLE对碳钢
在 0． 5 mol /L H2SO4 溶液中仍为混合抑制型缓蚀剂，
作用机理也为几何覆盖效应［4，11］。
同时由表 2 可见，单独加 0． 001 mol /L KI时，缓蚀
效率不高，而 FLE 与 KI 复配后，缓蚀效率显著增加，
即使 FLE浓度较低，也表现出良好的缓蚀性能，且随
FLE浓度的增加，缓蚀效率增大。比较表 1 和表 2 中
的数据可见，在相同浓度下，FLE与 KI 复配后，碳钢在
溶液中的腐蚀电流密度更小，缓蚀效率更高，且协同效
应系数 S ＞ 1，说明 FLE 与 KI 之间存在显著的缓蚀协
同效应［12］。
2． 2 吸附等温方程
利用表 1 和表 2 数据对 FLE在碳钢表面的吸附行
为进行研究，发现 FLE 在碳钢表面的吸附符合 Lang-
muir等温方程［4］，如(3)式所示，拟合结果见图 3。对
应的吸附平衡常数 Kad和吸附自由能 ΔGad
［4，10—11］由
(4)式计算，结果见表 3。
C
θ
= 1Kad
+ C (3)
Kad =
1
55． 5exp －
ΔGad( )RT (4)
式中:θ为表面覆盖度，θ = η;C 为 FLE 浓度(理
图 3 碳钢在 FLE和 FPFLE溶液中的 Langmuir等温方程拟合
Fig． 3 Langmuir isotherm equation for carbon steel
in solutions containing FLE or FPFLE
论上，C的单位为 mol /L，但由于 FLE 为混合物，且成
分未知，因此其浓度为相对值，所以对应的 Kad和 ΔGad
均为相对值，但这对说明问题并不产生影响) ;55． 5 为
1 L溶液中水的物质的量;R 为摩尔气体常数;T 为热
力学温度。
表 3 碳钢在 FLE 和 FPFLE 溶液中的热力学参数
Tab． 3 The thermodynamic parameters for carbon stee l
in solutions containing FLE or FPFLE
缓蚀剂 Kad ΔGad /(kJ·mol
－1)
FLE 578 － 25． 71
FPFLE 6418 － 31． 67
由表 3 可见，FLE与 KI复配后的 Kad更大，ΔGad更
负，说明 KI 促进了 FLE 中的有效缓蚀成分在碳钢表
面的吸附，因而 FPFLE 比 FLE 具有更好的缓蚀性能。
ΔGad小于零，说明 FLE 的有效缓蚀成分在碳钢表面的
吸附是自发进行的，－ 40 kJ /mol ＜ ΔGad ＜ － 20 kJ /mol
说明 FLE在碳钢表面的吸附同时存在物理吸附和化
学吸附［4，10 － 11］。
2． 3 电化学阻抗分析
图 4 为 25 ℃下，碳钢在不同浓度 FLE溶液中的电
化学阻抗谱。由图 4 可见，碳钢在 FLE 溶液中的电化
学阻抗谱由高频区的容抗弧和低频区的感抗弧组成，
随着 FLE浓度的增加，Nyquist图高频区容抗弧的半径
增大，除此之外，没有其它显著变化。这说明，FLE 并
没有改变电极的反应机制，只是通过在电极表面的吸
附起到缓蚀作用，因此，其作用机理为几何覆盖效应，
图 4 碳钢在 FLE溶液中的电化学阻抗谱
Fig． 4 EIS for carbon steel in H2SO4 solutions containing
different concentration of FLE
第 42 卷 第 3 期 2013 年 6 月 表面技术
Vol． 42 No． 3 Jun． 2013 SURFACE TECHNOLOGY 31
这与极化曲线的分析结果一致［10］。
图 5 为 25 ℃下碳钢在不同浓度 FPFLE 溶液中的
电化学阻抗谱。由图 5 可见，与在空白溶液中相比，在
FPFLE溶液中，Nyquist图高频区的容抗弧半径显著增
大，低频区的感抗弧消失，发生了高覆盖度情况下的阻
抗谱“退化”现象［13］。当 FLE浓度达到 0． 025 g /mL时，
在 Nyquist图的低频区出现了第二个容抗弧，相应地，
在 Bode图中可以观察到存在两个时间常数。其中，高
图 5 碳钢在不同浓度 FPFLE溶液中的电化学阻抗谱
Fig． 5 EIS for carbon steel in H2SO4 solutions containing
different concentration of FPFLE
频区出现的容抗弧是由电极表面缓蚀剂吸附膜和腐蚀
产物膜所对应的膜电阻(Rf)和膜电容(CPE1)的时间常
数所引起的，而低频区域出现的容抗弧是由电荷传递电
阻 (Rct)和双电层电容(CPE2)的时间常数引起的
［14］。
对图 4 和图 5 中的电化学阻抗谱，可利用图 6 所
示的等效电路进行拟合［10，14］。图 6 中，CPE 为常相位
角元件，L为电化学感抗，Rs 为溶液电阻，RL 为感抗对
应的电阻，R f 为膜电阻，Rct 为电荷传递电阻。用
ZSimpWin软件拟合得到的电化学阻抗参数见表 4 和
表 5，其中的 n为弥散系数，C f 为膜电容，Cdl为双电层
电容，η为缓蚀效率。η的计算公式如下:
η =
Rct － Rct，0
Rct
× 100% (5)
式中:Rct，0和 Rct分别为加入缓蚀剂前、后的电荷传
递电阻。
图 6 电化学阻抗谱的等效电路
Fig． 6 Equivalent circuit models of EIS
由表 4 可见，随着 FLE 浓度的增加，电荷传递电
阻 Rct增大，说明金属发生阳极溶解的阻力增大，相应
地，缓蚀效率 η也增大，但界面电容 Cdl减小，说明 FLE
表 4 碳钢在不同浓度 FLE 溶液中的电化学阻抗参数
Tab． 4 The EIS parameters for carbon stee l in solutions containing different concentration of FLE
CFLE /(g·mL
－1) Rs /(Ω·cm
2) Cdl /(μF·cm
－2) n Rct /(Ω·cm
2) L /(H·cm2) RL /(Ω·cm
2) η /%
空白溶液 1． 1 192． 0 0． 89 27 0． 3 3． 9
0． 005 1． 1 144． 6 0． 91 83 3． 3 14． 7 67． 5
0． 010 1． 7 112． 7 0． 90 181 14． 6 21． 4 85． 1
0． 025 1． 8 96． 5 0． 89 190 14． 8 31． 2 85． 8
0． 05 1． 6 81． 0 0． 88 369 22． 5 53． 2 92． 7
0． 1 1． 6 58． 4 0． 89 722 47． 9 110． 9 96． 3
表 5 碳钢在不同浓度 FPFLE 溶液中的电化学阻抗参数
Tab． 5 The EIS parameters for carbon stee l in solutions containing different concentration of FPFLE
CFLE /(g·mL
－1) Rs /(Ω·cm
2) Cf /(μF·cm
－2) n1 Rf /(Ω·cm
2) Cdl /(μF·cm
－2) n2 Rct /(Ω·cm
2) η /%
空白溶液 1． 1 192． 0 0． 89 27
0 0． 8 99． 1 0． 91 124 78． 2
0． 005 1． 9 48． 9 0． 90 766 96． 5
0． 010 1． 9 41． 6 0． 89 987 97． 3
0． 025 1． 8 10． 6 1． 00 11 40． 46 0． 76 1419 98． 1
0． 05 2． 1 21． 1 0． 91 58 37． 39 0． 80 1889 98． 6
0． 1 2． 1 20． 3 0． 93 115 30． 32 0． 76 2733 99． 0
注:空白溶液中的电化学感抗及其对应的电阻在本表中没有给出。
卢燕等 硫酸介质中榕树叶提取液的缓蚀性能及其与 KI的缓蚀协同效应32
中的有效缓蚀成分在碳钢表面发生了吸附［13］。从表 5
中也可以看到相同的变化规律。表 5 中，随着 FLE 浓
度的增加，膜电阻 R f 增大，说明碳钢在 FPFLE 溶液中
的缓蚀剂吸附膜变得更完整、致密。比较表 4 和表 5
可以发现，FLE与 KI 复配后，在相同浓度下的电荷传
递电阻 Rct更大，缓蚀效率更高，而界面电容 Cdl更小，
说明 KI的加入，促进了 FLE 中的有效缓蚀成分在碳
钢表面发生吸附，从而在金属表面形成了更完整和致
密的保护膜，起到更好的缓蚀作用，即 FLE 与 KI 之间
存在缓蚀协同效应。
2． 4 失重实验
采用失重法测定了 25 ℃下，碳钢在空白溶液、0． 1
g /mL的 FLE 和 FPFLE 溶液中浸泡 4 h 的腐蚀速度，
结果见表 6。利用金相显微镜观察了试样实验后的表
面形貌，如图 7 所示。由表 6 可见，在 FLE 和 FPFLE
溶液中，碳钢的腐蚀速度显著减小，这可由试样实验后
的表面形貌得到充分证实，其中复配后的腐蚀速度更
低，0． 1 g /mL的 FLE与 0． 001 mol /L KI复配后的缓蚀
效率达 98 %以上，表现出良好的缓蚀性能。
表 6 碳钢在不同介质中的失重腐蚀实验数据
Tab． 6 The data of weight loss measurements
for carbon stee l in different solutions
介质 v /(g·m －2·h －1) vp /(mm·a
－1) η /%
空白溶液 22． 22 24． 79
FLE 1． 88 2． 10 91． 54
FPFLE 0． 31 0． 35 98． 61
图 7 碳钢试样的表面形貌图(200 ×)
Fig． 7 Surface morphology of carbon steel samples (200 ×)
3 结论
1)在硫酸溶液中，FLE对碳钢属混合抑制型缓蚀
剂，作用机理为几何覆盖效应，其缓蚀效率随浓度的增
加而增大。
2)FLE 与 KI 之间存在良好的协同效应，两者复
配后，体系的腐蚀电流减小，电荷传递电阻增大，双电
层电容减小，缓蚀效率增大，表现出更好的缓蚀作用，
且其缓蚀效率随 FLE 浓度的增加而增大。同时，该复
配缓蚀剂对碳钢在硫酸溶液中仍属混合抑制型缓蚀
剂，作用机理也为几何覆盖效应。
3)FLE 与 KI 复配前后，其在碳钢表面的吸附均
为自发过程，且符合 Langmuir吸附等温方程。
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