全 文 ：ＤＯＩ：１０．１１９７３／ｆｓｙｆｈ－２０１６０２００７
茄叶提取液在盐酸介质中对碳钢的缓蚀性能
向云刚１，谯康全２，３，崔益顺１
（１．四川理工学院 材料与化学工程学院，自贡６４３０００；２．四川理工学院 分析测试中心，自贡６４３０００；
３．材料腐蚀与防护四川省重点实验室，自贡６４３０００）
摘　要：通过动电位极化曲线法、电化学阻抗法、失重法和扫描电镜法研究了茄叶提取液在１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ中对碳
钢的缓蚀性能和机理。结果表明：茄叶提取液的最佳提取条件为盐酸浓度３．０ｍｏｌ·Ｌ－１、温度５５．０℃、时间６２ｈ；
在最佳条件下提取的茄叶提取液缓蚀性能优异，当茄叶提取液质量浓度为１　８００ｍｇ·Ｌ－１时，失重缓蚀率达９２％以
上；茄叶提取液在碳钢表面的吸附符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温模型，茄叶缓蚀剂可显著抑制碳钢的腐蚀。
关键词：茄叶；碳钢；ＨＣｌ；缓蚀
中图分类号：ＴＧ１７４．４２　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００５－７４８Ｘ（２０１６）０２－０１２２－０６
Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｇｇｐｌａｎｔ　Ｌｅａｆ　Ｅｘｔｒａｃｔ　ｆｏｒ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ　Ａｃｉｄ　Ｍｅｄｉｕｍ
ＸＩＡＮＧ　Ｙｕｎ－ｇａｎｇ１，ＱＩＡＯ　Ｋａｎｇ－ｑｕａｎ２，３，ＣＵＩ　Ｙｉ－ｓｈｕｎ１
（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｉｇｏｎｇ　６４３０００，Ｃｈｉｎａ；
２．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｉｇｏｎｇ　６４３０００，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｉｇｏｎｇ　６４３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ　ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　１ｍｏｌ·Ｌ－１
ＨＣｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎａｍｉｃ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＩＳ），
ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）ａｎｄ　ｗｅｉｇｈｔ　ｌｏｓｓ　ｔｅｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｖｅａｌ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ　ｗｅｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｏｗｓ：ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　３ｍｏｌ·Ｌ－１，
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　５５℃ ａｎｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｔｉｍｅ　６２ｈ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ
ｓｈｏｗｓ　ｇｏｏｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｗｅｉｇｈｔ　ｌｏｓｓ　ｗａｓ　ａｂｏｖｅ　９２％ ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ｏｆ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ　ｗａｓ　ｏｎｌｙ　１　８００ｍｇ·Ｌ－１．Ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ　ｏｎ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｓｕｒｆａｃｅ
ｏｂｅｙｓ　ｔｈｅ　Ｌａｎｇｍｕｉｒ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｓｏｔｈｅｒｍ．Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ
ｏｆ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ；ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ；ＨＣｌ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ
　　金属酸洗腐蚀问题遍布国民经济的各个领域，
而合理使用缓蚀剂是防止金属材料酸洗腐蚀最有效
的方法之一［１－３］。传统的金属酸洗缓蚀剂多为有毒
的有机合成物或无机物，易造成环境污染和人身伤
害。从天然植物中提取的有效缓蚀剂成分具有成本
低、来源广、低毒或无毒、直接排放不会污染环境等
特点，符合未来金属酸洗缓蚀剂绿色环保、经济实惠
的发展方向［４－８］。研究表明，茄叶中含有大量有效
收稿日期：２０１５－０１－２９
基金项目：材料腐蚀与防护四川省重点实验室开放基金资助
项目（２０１１ＣＬ１３）
通信作者：谯康全（１９７６－），高级实验师，硕士，从事电化学
相关工作，１３９９００８７９２２，ｈｘｓｑｉａｏ＠１６３．ｃｏｍ
的金属酸洗缓蚀剂成分，如腺嘌呤、咪唑乙胺、龙葵
碱、精氨酸、咖啡酸等［９］。茄叶作为农作物下脚料，
通常被直接废弃，未能得到充分利用。因此，探索如
何将丰富的茄叶资源变废为宝，实现资源化利用，转
化为高效的金属酸洗缓蚀剂具有重要的理论和实践
价值。
为此，本工作以缓蚀性能为指标确立了茄叶提
取液最佳浸取条件，并通过电化学法、失重法和扫描
电镜法研究该提取液在１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ中对碳钢
的缓蚀行为和机理。
１　试验
１．１　主要仪器、材料及药品
材料：茄叶（摘于自贡龙潭镇绿色蔬菜基地）；碳
·２２１·
第３７卷 第２期
２０１６年２月
腐蚀与防护
ＣＯＲＲＯＳＩＯＮ　＆ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．３７　Ｎｏ．２
Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２０１６
钢片；金相砂纸；圆柱型碳钢工作电极（圆形截面，工
作面积为０．７８５ｃｍ２，非工作表面用环氧树脂密
封）；２０目分样筛。
主要仪器：电化学工作站（ｃｈｉ６６０Ｄ，上海辰华仪
器有限公司）；扫描电子显微镜（捷克 ＴＥＳＣＡＮ公
司）；傅里叶变换在线红外光谱仪（Ｆｒｏｎｔｉｅｒ　Ｎｅａｒ／
Ｍｉｄ－ＩＲ　Ｓｔｄ，美国珀金埃尔默公司）；电热恒温水浴
锅（金坛市宏华仪器厂）；球磨机（ＮＤ６－４Ｌ，南京南大
天尊电子有限公司）。
主要药品：丙酮（分析纯，重庆川东化工有限公
司）；质量分数３６％盐酸（分析纯，重庆川东化工集
团有限公司）；碳酸钠（分析纯，重庆川东化工有限公
司）；甲基橙（指示剂，北京精华耀邦医药科技有限公
司）。
１．２　茄叶缓蚀剂的制备
干茄叶粉末制备：取新鲜茄叶，去泥沙、洗净、阴
干，电热鼓风干燥箱４０℃下干燥１２ｈ，球磨机研磨
２０ｍｉｎ，过２０目筛，细茄叶粉末放入试样袋中保存，
待用。
茄叶缓蚀剂制备：称取一定质量ｍ（ｍｇ）的茄叶
粉末，置于２００ｍＬ不同浓度的ＨＣｌ溶液中，在一定
温度下浸泡相应时间后冷却至室温，减压过滤，滤液
即为茄叶提取液。然后用３６％ ＨＣｌ溶液将茄叶提
取液配制成体积为Ｖ（ｍＬ）、ＨＣｌ浓度为１ｍｏｌ·
Ｌ－１的溶液，缓蚀剂质量浓度ρ（ｍｇ·Ｌ
－１）为：
ρ＝
ｍ
Ｖ
（１）
１．３　茄叶缓蚀剂性能的测定
失重试验参照ＧＢ　１０１２４－１９８８执行［１０］。将两
块尺寸４７．０ｍｍ×２２．０ｍｍ×２．０ｍｍ的钢片用金
相砂纸逐级打磨抛光，水冲洗、丙酮超声、冷风吹干
后称量（±０．０００　１ｇ），然后平行悬挂浸泡在２５℃
含不同质量浓度茄叶提取液的１ｍｏｌ／Ｌ　ＨＣｌ溶液
中，静置８ｈ后取出，除去腐蚀产物，再次水冲洗，冷
风吹干后称量。按式（２）计算缓蚀率η。
η＝
ｖ０－ｖ１
ｖ０ ×
１００％ （２）
式中：ｖ０、ｖ１ 分别为未加入和加入茄叶提取液时的
腐蚀速率，ｇ·ｍ－２·ｈ－１。
电化学测试：碳钢电极工作面经 ４００ 号 ～
８００号金相砂纸逐级打磨至光滑，然后在丙酮中超
声清洗、蒸馏水冲洗，干燥后置于待测溶液中；采用
三电极法，饱和甘汞电极（ＳＣＥ）作参比电极，铂电极
作辅助电极，测试碳钢在不同质量浓度茄叶提取液
的１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ溶液中的电化学性能。文中电
位若无特指，均相对于ＳＣＥ。其中，动电位极化曲
线测试的扫描速率为２ｍＶ·ｓ－１，极化范围为－１５０～
１５０ｍＶ（相对于开路电位）；电化学阻抗测试的频率
为０．１Ｈｚ～１００ｋＨｚ、扰动电位为±５ｍＶ。
扫描电镜测试：碳钢片（尺寸１０ｍｍ×１０ｍｍ×
１．５ｍｍ）经金相砂纸逐级打磨抛光，丙酮超声、水冲
洗、冷风干燥后，置入２５℃盛有３００ｍＬ腐蚀介质
的烧杯中静置４ｈ，再经清洗、干燥操作后，进行
ＳＥＭ扫描，观测其微观腐蚀形貌。
红外测试：移取１０ｍＬ茄叶提取液于蒸发皿
中，自然晾干得到浅褐色固体后置于干燥器中干燥
７２ｈ，然后在红外灯下烘烤５ｍｉｎ脱水，采用ＫＢｒ压
片法于４００～４　０００ｃｍ－１范围内测试其红外谱图。
２　结果与讨论
２．１　茄叶提取液的红外光谱
茄叶提取液的红外光谱见图１。由图１可知，
３　３６５．０８ｃｍ－１处的宽带强吸收峰为Ｏ－Ｈ 缔合羟
基和Ｎ－Ｈ伸缩振动叠加而成；２　９３９．１２ｃｍ－１处的
吸收峰为－ＣＨ３、－ＣＨ２ 的 Ｃ－Ｈ 伸缩振动峰
谱；１　７１９．０８，１　６３２．２１和１　４０４．１３ｃｍ－１处的吸收
峰为Ｃ＝Ｏ伸缩振动所致；１　２０４．６３ｃｍ－１处有较强
的Ｃ－Ｏ－Ｃ振动峰；１　０７０．０５ｃｍ－１处为Ｃ－Ｏ－Ｃ
的对称伸缩振动吸收峰。结合文献［９］，可认为茄叶
提取液中可能含有腺嘌呤、咪唑乙胺、龙葵碱、精氨
酸、咖啡酸等［１１］，它们有的含有羟基、氨基或羧基、
羰基等极性基团，而这些基团正是金属酸洗缓蚀剂
常见的活性结构。
图１　茄叶提取液的红外光谱
Ｆｉｇ．１Ｔｈｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ
２．２　提取时间、盐酸浓度的选择
浸渍法提取植物有效成分通常与时间、提取试
剂浓度密切相关，因此，研究了提取时间、盐酸浓度
对茄叶提取液缓蚀性能的影响，结果见图２。
由图２可知，当提取时间相同时，缓蚀率均随盐
·３２１·
向云刚等：茄叶提取液在盐酸介质中对碳钢的缓蚀性能
图２　在不同浓度盐酸浸取的茄叶提取液缓蚀率随时间变化
Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｆｏｒ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔｓ　ｌｅａｃｈｅｄ　ｉｎ
ＨＣｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ
酸浓度升高而增大，这可能是因为盐酸浓度越高，茄
叶细胞被破坏程度越大，使得茄叶中有效缓蚀成分
能更充分地被提取出来，从而使其对碳钢的缓蚀率
增大。当盐酸浓度一定时，缓蚀率均随时间延长而
增大，总体呈先快后慢趋势，当提取时间超过６２ｈ
后，用高浓度酸（３，４ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ）浸渍的缓蚀剂，
其缓蚀率先趋于稳定然后接近，而用较低浓度酸
（０．５，１，２ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ）浸渍的缓蚀剂，其缓蚀率
却呈现小幅上升趋势；随着时间继续延长，２ｍｏｌ·
Ｌ－１　ＨＣｌ浸渍的缓蚀剂缓蚀率逐渐与高浓度的靠
近，而 ＨＣｌ浓度为０．５，１ｍｏｌ·Ｌ－１时，其缓蚀率却
依然远低于高浓度酸浸渍的缓蚀剂的缓蚀率。这可
能是盐酸浓度太低不仅减小了茄叶有效缓蚀成分的
提取速率，还可能导致部分有效缓蚀成分不能从茄
叶中提取出来。综合上述，３ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ能在较
短时间（６２ｈ左右）内将茄叶的主要有效缓蚀成分
提取出来，与４ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ时接近，但明显高于
０．５，１，２ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ时，故从药品用量、时间、缓
蚀率多方面综合考虑，３ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ、６２ｈ为最
佳的盐酸浓度和提取时间。
２．３　温度的选择
在３ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ，６２ｈ的工艺条件下，研究
了温度对茄叶提取液缓蚀性能的影响，结果见图３。
由图３可知，缓蚀率随温度升高而增大，增幅呈
先快后慢的趋势，当温度大于５５℃后，缓蚀率基本
趋于稳定。这可能是升温加快了茄叶细胞的破坏，
使有效缓蚀成分析出更快更充分，当温度高达一定
值时有效缓蚀成分析出达到极限，继续升温，缓蚀率
也基本不变。从节能、操作条件、缓蚀率综合考虑，
茄叶缓蚀剂有效成分提取的最佳温度为５５℃。
综上可知，茄叶缓蚀剂的最佳提取工艺：盐酸浓
图３　茄叶提取液缓蚀率随温度的变化
Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔｓ
度３ｍｏｌ·Ｌ－１、温度５５℃、时间６２ｈ。以下测试的
提取液均为该最佳工艺提取所得。
２．４　茄叶提取液的缓蚀性能研究
２．４．１动电位极化曲线
２５℃下，测定碳钢在不同质量浓度茄叶缓蚀剂
在１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ溶液中的动电位极化曲线，测试
结果见图４和表１。其中缓蚀率η的计算公式为：
η＝
Ｊ０－Ｊ１
ｊ０ ×
１００％ （３）
式中：Ｊ０，Ｊ１ 分别为未添加缓蚀剂和添加了缓蚀剂
时的腐蚀电流密度，μＡ·ｃｍ
－２。
图４　在含不同质量浓度茄叶提取液的 ＨＣｌ溶液中碳钢动
电位极化曲线
Ｆｉｇ．４Ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎａｍｉｃ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ
ｉｎ　ＨＣｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ
ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ
　　由图４和表１可知，加入茄叶缓蚀剂后，与空白
盐酸溶液相比，阴极极化曲线和阳极极化曲线均向
低电流方向移动，腐蚀电流密度显著减小，表明茄叶
缓蚀剂同时抑制了阳极和阴极反应，即缓蚀剂对碳
钢电极的阳极溶解反应和阴极的析氢反应都起到了
抑制作用，且随着茄叶缓蚀剂质量浓度增加，缓蚀率
不断提高。同时，从表１中可知，茄叶缓蚀剂质量浓
度对βｃ、βａ的影响较小，各质量浓度下的极化曲线与
空白盐酸溶液基本保持平行，这表明茄叶缓蚀剂的
·４２１·
向云刚等：茄叶提取液在盐酸介质中对碳钢的缓蚀性能
表１　动电位测试主要参数及缓蚀率
Ｔａｂ．１　Ｍａｊｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｐｏｔｅｎｔｉｏｄｙｎａｍｉｃ　ｔｅｓｔｉｎｇ
ａｎｄ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ
ρ
／（ｍｇ·Ｌ－１）
Ｅｃｏｒｒ
／Ｖ（ＳＣＥ）
βａ
／（ｍＶ·ｄｅｃ－１）
βｃ
／（ｍＶ·ｄｅｃ－１）
Ｊｃｏｒｒ
／（μＡ·ｃｍ
－２）
η
／％
０ －０．５０７　 １５２．６３　 １５８．７６　 １　５３７．０ －
２００ －０．５０１　 １０８．９９　 １４３．２８　 ５０８．８　 ６６．９０
６００ －０．５００　 １０４．２２　 １３９．９２　 ３８６．０　 ７４．８９
１　０００ －０．４９９　 ９６．６５　 １２３．５６　 ３５４．０　 ８１．５２
１　４００ －０．４９５　 １０２．０８　 １２０．８８　 ２３８．８　 ８４．４６
１　８００ －０．４９３　 ９３．１６　 １１４．９３　 １１１．７　 ９２．７３
２　０００ －０．４８８　 ８７．８３　 ９９．８１　 １０５．６　 ９３．１３
添加未改变电极表面阴极析氢和阳极金属溶解的反
应机 制［１，８－１０］。当 茄 叶 缓 蚀 剂 质 量 浓 度 小 于
１　８００ｍｇ·Ｌ－１时，随着质量浓度的增加，缓蚀率增
幅明显，质量浓度为１　８００ｍｇ·Ｌ－１时，缓蚀率已高
达９２．７３％，此时再继续升高质量浓度，缓蚀率增幅
减弱显著，这表明１　８００ｍｇ·Ｌ－１时茄叶缓蚀剂在
碳钢表面的吸附趋于饱和。此外，从表１知，随着茄
叶缓蚀剂质量浓度增加，腐蚀电位总体呈小幅正移
趋势，说明腐蚀类型受电位控制，但变化范围均小于
２０ｍＶ，结合腐蚀电位及极化曲线变化规律，可认为
茄叶缓蚀剂是以阳极控制更为明显的混合型缓
蚀剂［１，１１－１２］。
茄叶缓蚀剂具有优异缓蚀性能的主要原因可能
源于茄叶中的氨基、羧基、羰基等活性基团，这些基
团含有电负性较大且具有孤对电子的氮、氧、硫等杂
原子，而铁原子的电子轨道分布为［Ａｒ］４ｓ２３ｄ６，其
３ｄ轨道是未充满的，易于接受杂原子的孤对电子形
成配位键而稳定吸附于钢表面，降低了铁原子的反
应活性，从而抑制了腐蚀介质对钢表面的腐蚀。同
时，由于茄叶缓蚀剂中的羟基、胺基等能与 Ｈ＋结合
而成正离子，这些正离子则可通过静电作用吸附于
阴极区，阻碍 Ｈ＋还原，从而也起到一定的缓蚀作
用。此外，茄叶缓蚀剂也可能与钢表面的Ｆｅ２＋ 或
Ｆｅ３＋形成不溶性络合物，覆盖在碳钢电极表面，以
阻止碳钢的阳极活性溶解，从而起到缓蚀的作用。
２．４．２电化学阻抗
２５℃下，在含１　８００ｍｇ·Ｌ－１茄叶缓蚀剂的
１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ溶液中，测定碳钢的电化学阻抗
谱，结果见图５，６。采用Ｚｖｉｅｗ软件拟合等效电路，
其等效电路图及电化学阻抗谱主要参数分别见图７
和表２，缓蚀率计算采用下列公式：
η＝
Ｒｐｃｏｒｒ－Ｒｐ０
Ｒｐｃｏｒｒ
×１００％ （４）
式中：Ｒｐ０，Ｒｐｃｏｒｒ分别为空白和加入不同浓度缓蚀剂
后的转移电阻，Ω·ｃｍ２。
图５　在含不同质量浓度茄叶缓蚀剂的１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ
介质中碳钢的３ＤＮｙｑｕｉｓｔ图和Ｂｏｄｅ图
Ｆｉｇ．５　３ＤＮｙｑｕｉｓｔ　ａｎｄ　Ｂｏｄｅ　ｐｌｏｔｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎ
１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ
ｏｆ　ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ
图６　在含不同质量浓度茄叶缓蚀剂的１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ
介质中碳钢的Ｂｏｄｅ图
Ｆｉｇ．６　Ｂｏｄｅ　ｐｌｏｔｓ　ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ
ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ
ｅｇｇｐｌａｎｔ　ｌｅａｆ　ｅｘｔｒａｃｔ
图７　电化学阻抗谱的等效电路图
Ｆｉｇ．７　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆｏｒ　ＥＩＳ
　　由图５的 Ｎｙｑｕｉｓｔ图可知，在空白中添加质量
浓度为１　８００ｍｇ·Ｌ－１的茄叶缓蚀剂后，阻抗谱曲
线的形状与空白相比并未发生变化，具有相似性，即
主要由弥散效应等形成的扁形半圆容抗弧组成，这
表明碳钢的腐蚀机理并未因茄叶缓蚀剂的加入而发
生变化［１，１３］，即仍以阴极析氢反应和阳极溶铁反应
为主，同极化曲线法分析结果一致。由图６可知，加
·５２１·
向云刚等：茄叶提取液在盐酸介质中对碳钢的缓蚀性能
表２　电化学阻抗谱主要参数及缓蚀率
Ｔａｂ．２　ＥＩＳ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ
ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ
ρ
／（ｍｇ·Ｌ－１）
Ｒｓ
／（Ω·ｃｍ２）
ＣＰＥ－Ｔ
／（μＦ·ｃｍ
－２）
ＣＰＥ－Ｐ
／（μＦ·ｃｍ
－２）
Ｒｐ
／（Ω·ｃｍ２）
η
／％
０　 ２．０　 １８４．２２　 ０．９０７　３７　 １７．４３ －
１　８００　 ２．２　 ８９．２１７　 ０．８５３　０３　 ２２７．８４　 ９２．３５
入茄叶缓蚀剂后，｜Ｚ｜值和φ值均较空白的明显增
大，这表明茄叶缓蚀剂可在钢表面吸附成膜，提高电
荷转移电阻和增强钢界面的电容特性，从而增大腐
蚀反应的阻力。此外，图６中高频区相位角曲线仅
出现单极值峰，说明腐蚀过程的时间常数只有一个，
即腐蚀反应受钢表面双电层电子传递过程所控
制［１，１２，１４－１５］。从表２可知，添加茄叶缓蚀剂使得
ＣＰＥ－Ｔ值减小，这是因为缓蚀成分能取代水分子等
物质吸附在碳钢电极表面，增加钢表面吸附膜厚度
和改善界面性质，致使电容值减小，有效减缓了钢表
面的腐蚀。
２．４．３失重试验结果
２５℃下，采用失重法研究了茄叶缓蚀剂对碳钢
的缓蚀作用，结果见表３。
表３　失重试验结果
Ｔａｂ．３　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｗｅｉｇｈｔ　ｌｏｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ
ρ／（ｍｇ·Ｌ
－１） ０　 ２００　 ６００　 １　０００　 １　４００　 １　８００　 ２　０００
ｖ／（ｇ·ｍ－２·ｈ－１）３２．６６４　０　１１．０５３　５　８．１７９　１　５．７８８　１　４．８２７　７　２．４６６　１　１．９９９　０
η／％ － ６６．１６　 ７４．９６　 ８２．２８　 ８５．２２　 ９２．４５　 ９３．８８
由表３可知，茄叶缓蚀剂在１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ介
质中对碳钢的缓蚀效果显著；随着茄叶缓蚀剂质量
浓度 增 加，缓 蚀 率 不 断 提 高；当 质 量 浓 度 为
１　８００ｍｇ·Ｌ－１时缓蚀率就可达９２．４５％。当茄叶
缓蚀剂质量浓度大于１　８００ｍｇ·Ｌ－１后缓蚀率增幅
明显减缓，趋于稳定，与极化曲线和电化学阻抗试验
结果基本相符。
２．４．４吸附机理模型
为进一步研究茄叶缓蚀剂中的有效缓蚀成分在
碳钢表面的吸附行为，对表３中的数据进行了各种
吸附等温方程拟合，结果发现，茄叶缓蚀剂在碳钢表
面的吸附符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温方程［１６］，即：
ｃ／θ＝ｃ＋１／Ｋ （５）
式中：ｃ为缓蚀剂浓度；Ｋ 是吸附平衡常数；θ为表面
覆盖度，由于茄叶缓蚀剂是混合型缓蚀剂，故θ可以
用缓蚀率η近似代替。本研究中以质量浓度ρ代替
浓度ｃ，用表３中的数据对ρ／θ和ρ进行线性拟合，
其结果见图８。
图８　２５℃时的ρ／θ－ρ图
Ｆｉｇ．８　Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎρ／θａｎｄρａｔ　２５℃
从图８可知，Ｋ＝５．９５，拟合优度Ｒ２ 为０．９９，
拟合斜率为１．００４，都相当接近于１，这表明茄叶缓
蚀剂在碳钢表面的吸附是服从Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温
模型，即茄叶缓蚀剂在碳钢表面形成了致密的单分
子膜层，有效地保护了碳钢表面不被腐蚀介质侵蚀。
吸附自由能ΔＧ０ 可用式（６）计算［１７］：
Ｋ ＝ １Ｃｅ
－［ΔＧ０／（ＲＴ）］ （６）
式中：Ｒ 为摩尔气体常数，值为８．３１４Ｊ·ｍｏｌ－１·
Ｋ－１；Ｔ 为热力学温度；Ｃ 为水的质量浓度，值为
１　０００ｇ·Ｌ－１。
代入数值计算得到ΔＧ０＝－２１．５４ｋＪ·ｍｏｌ－１，
为一负值，表明茄叶缓蚀剂在碳钢表面的吸附是自
发的过程；另外，其值介于－２０～－４０ｋＪ·ｍｏｌ－１之
间，故茄叶缓蚀剂在碳钢表面的吸附属于物理吸附
和化学吸附共同作用的结果。
２．４．５扫描电镜观察结果
图９为钢片放大２　０００倍的ＳＥＭ微观形貌图，
其中，１号为未经腐蚀的新打磨钢片；２号为１ｍｏｌ·
Ｌ－１　ＨＣｌ空白中腐蚀的钢片；３号为经含１　８００ｍｇ·
Ｌ－１茄叶缓蚀剂的１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ腐蚀后的钢片。
从图９可见，在１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ空白中，钢片表面
腐蚀较为严重，有较深的腐蚀沟壑；而在含茄叶缓蚀
剂的 ＨＣｌ中钢表面腐蚀较轻，与空白的２号相比更
平整、均匀，与新打磨的１号钢表面微观形貌接近，
这种结果可归因于茄叶缓蚀剂分子在电极表面的吸
附，它不仅能有效减少碳钢表面潜在的Ｃｌ－吸附活
性点，减少局部腐蚀，而且还能与Ｆｅ２＋或Ｆｅ３＋形成
不溶性络合物以有效修复碳钢表面膜中的缺陷或者
微孔，阻滞了新腐蚀点的形成，从而使得３号钢号的
表面较２号的更平整、均匀、致密。
·６２１·
向云刚等：茄叶提取液在盐酸介质中对碳钢的缓蚀性能
（ａ）　１号 （ｂ）　２号 （ｃ）　３号
图９　不同钢片表面的ＳＥＭ形貌
Ｆｉｇ．９　ＳＥＭ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔｓ
３　结论
（１）确定了茄叶缓蚀剂的最佳浸取工艺为：盐
酸浓度３ｍｏｌ·Ｌ－１、提取时间６２ｈ、提取温度
５５℃。
（２）在２５℃的１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＨＣｌ中，极化曲线
试验所得缓蚀率随茄叶缓蚀剂质量浓度增加而增
大，当到达１　８００ｍｇ·Ｌ－１时，此时缓蚀率高达
９２．７３％，与失重和电化学阻抗试验结果基本相符。
（３）茄叶缓蚀剂是以阳极过程控制更为明显的
混合型缓蚀剂，是通过在碳钢表面形成单分子吸附
层而起到缓蚀作用，遵循Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温模型。
（４）茄叶缓蚀剂能显著抑制碳钢在 ＨＣｌ溶液
中的腐蚀，腐蚀表面较空白 ＨＣｌ溶液腐蚀后的更平
整、均匀、致密，因此，茄叶缓蚀剂可认为是一种优良
的环境友好型缓蚀剂。
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