全 文 ： 2010年 11月第 29卷 第 11期
绵阳师范学院学报
JournalofMianyangNormalUniversity
Nov.2010
Vol.29 No.11
收稿日期:2010-11-20
作者简介:孙建厅(1986-),男,在读专业硕士研究生 ,主要研究方向:电化学腐蚀与防护。E-mail:sunjianting5345@126.com
八角金盘叶和香樟叶提取物对碳钢的缓蚀作用
孙建厅 ,何 平 ,王 薇 ,易晓芳 ,杨 珂
(西南科技大学材料科学与工程学院 ,四川绵阳 621010)
摘 要:研究了八角金盘叶和香樟叶的提取物对碳钢的缓蚀性能。采用 Tafel极化曲线 、电化学阻抗谱并结合失重
法测定缓蚀剂的缓蚀性能 ,对提取物进行红外光谱分析 ,推断其可能的缓蚀机理。结果表明:两种缓蚀剂对碳钢均具有较
好缓蚀作用。碳钢经含 200mg· L-1的八角金盘叶提取物的 1.0mol·L-1 HCl溶液腐蚀 6h后,缓蚀效率为 80.85%。 300
mg·L-1的香樟叶提取物在相同条件下对碳钢缓蚀效率为 76.86%。
关键词:八角金盘叶;香樟叶;提取物;缓蚀剂
中图分类号:TG174.42 文献标识码:A 文章编号:1672-612x(2010)11-0055-05
0 前言
在实际的生产生活中 ,腐蚀行为普遍存在。为了降低腐蚀并节约成本 ,研究者研发了多种缓蚀剂。大多数缓
蚀剂虽有较好的缓蚀性能 ,但它们对人类及环境有严重危害;而且其残留物难于降解 ,成为这个研究领域的一个
难题。近年来 ,随着环境问题的日益严重 ,迫切要求开发新型无毒或低毒缓蚀剂。因此 ,研究开发绿色缓蚀剂成
为缓蚀剂的发展方向[ 1] 。从天然产物中提取有效成分作为缓蚀剂 ,在低毒 、低残留及后续处理方面有着突出的优
越性 ,是目前绿色缓蚀剂研究的重要方向。
目前 ,文献报道中所描述的绿色缓蚀剂主要有浸泡液[ 2-7]和提取物 [ 8-11] 。浸泡液制备简单但难于量化 ,且保
存不方便。提取物则易于量化 ,便于保存 ,同时提取工艺并不复杂。本文研究了八角金盘叶和香樟叶的提取物对
碳钢的缓蚀性能。结果显示提取的两种缓蚀剂对碳钢均有较好的缓蚀性能 ,且都属于以抑制阳极反应为主的混
合型缓蚀剂。
1 实验方法
1.1 仪器 、材料与试剂
AL204分析天平(上海亚津), SpectrumOne红外光谱仪(美国 PE), EYELA, N-1001型旋转蒸发仪(日本东
京理化), DHG-9070A烘箱(上海齐欣), CHI-760C电化学工作站(上海辰华)。实验材料为 Q235钢片 ,其主要
成分(wt%)为:C0.33, Si0.063, Mn0.53, S0.031, P0.009,余量为 Fe。所用试剂:盐酸、丙酮 、无水乙醇 、石油醚 ,
均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。八角金盘叶和香樟叶均采自本校。
1.2 固体缓蚀剂的提取制备
将采回的八角金盘叶经水洗除尘 , 55℃烘干 ,粉碎后过 200目筛。取样 20g,加 80%乙醇 300mL,浸泡过夜
后过滤 ,滤渣中加入 80%乙醇 150mL,超声提取 1h,过滤后合并两次滤液。旋蒸到 200mL,加适量石油醚脱脂 ,
进行活性炭脱色 ,继续旋蒸成浓缩液后真空干燥。干燥后得固体缓蚀剂。同样方法处理香樟叶得到相应缓蚀剂。
1.3 红外光谱测试
红外光谱测定在 SpectrumOne红外光谱仪上完成 ,红外测试范围为 400 ～ 4000cm-1。将 1.2节制备的样品
采用 KBr压片法进行分析测试。
DOI :10.16276/j.cnki.cn51-1670/g.2010.11.011
1.4 电化学测试
实验采用三电极体系 ,辅助电极为 312型铂电极 ,参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。将 Q235钢片工作电极
以环氧树脂封装 ,露出工作面 1.0cm×1.0cm,打磨至镜面光亮 ,丙酮脱脂后 ,放入装有 50 mL1.0moloL-1 HCL
溶液的烧杯中 ,浸泡 1.5 h到开路电位稳定。Tafel极化曲线扫描范围为 Ecor士 250mV,扫描速度为 1mV/s,对
强极化区进行参数拟合 ,得出相关参数。并测试电化学阻抗谱(EIS),阻抗测量频率为 0.01 Hz～ 100kHz,交流激
励信号幅值为 5mV。
1.5 失重测试
将 10mm×20mm×2mm钢片碱洗去油 ,再用 180﹟ -800﹟耐水砂纸打磨光滑 ,立即用丙酮脱脂 、水清洗 ,
吹干后称重备用。腐蚀溶液为不同浓度缓蚀剂的 1.0mol·L-1HCI溶液 50mL。试片室温下完全浸泡于腐蚀介
质中 6h,由腐蚀前后试片失重据下式计算缓蚀剂的缓蚀效率(IE)。
IE%=[ (W0 -W)/W0 ] ×100%
其中:W0 , W分别为不含和含缓蚀剂时的 3块试样钢片的平均失重。
2 结果与讨论
2.1 红外谱图分析
红外测试图谱如图 1、图 2。
从图 1和图 2中可以看出 ,两种提取物差别不大。在 3396cm-1处存在一个强吸收宽散峰 ,可能为羧基
COOH、缔合羟基 O-H伸缩振动和 N-H伸缩振动三个峰的重合;2929cm-1处为 C-H伸缩振动峰;1716cm-1
和 1609cm-1处的强吸收峰可能为 C=C和 C=O伸缩振动峰 ,这可能是提取物中的 C=O和 C=C的大共轭效应
使 C=O吸收移向低波数 ,从而与 C=C的吸收重合[ 12] 。 1509cm-1、1420cm-1为芳环或杂芳环上 C=C的变形振
动;1384cm-1处甲基变形振动;1261cm-1处为 C-N伸缩振动峰;1070cm-1处为 C-O伸缩振动峰。 1000cm-1到
612cm-1可能是苯环或杂芳环的取代指纹区或者是烯烃的面外弯曲振动。表明提取物含有不饱和有机化合物的
极性基团(氨基 、羧基 、羟基 、羰基 、杂环),故可用作酸性缓蚀剂。
提取物的主要化学成分为含有含 O、N极性基团(氨基 、羧基 、羟基、羰基 、杂环)的不饱和有机化合物 ,在酸溶
液中容易质子化。钢表面可能会因为吸附腐蚀过程中的 Cl-而带负电 ,故质子化的提取化合物可与带负电的钢
表面发生静电吸附 ,即质子化的有机物与 Cl-产生缓蚀协同效应。另外 ,提取化合物中的 O、N原子具有大量的未
成对电子 ,是良好的螯合配位体;故它可以与铁的空 d轨道形成配位键发生化学吸附 ,使钢表面形成了良好的缓
蚀剂吸附膜层 ,起到了良好的缓蚀作用。提取物也可能与溶液中的 Fe2+形成螯合物而吸附在钢表面。缓蚀剂在
钢表面的覆盖度随其浓度的增加而增加 ,结果表现为缓蚀率增大[ 13] 。
2.2 电化学测试
2.2.1 极化曲线
·56· 绵阳师范学院学报(自然科学版) 第 29卷
极化曲线测试如图 3、图 4。
将极化曲线采用电化学工作站分析软件对强极化区用 Tafel直线外推法进行处理[ 14] ,得到的阴极 Tafel斜率
bc、阳极 Tafel斜率 ba、腐蚀电流 Icorr、腐蚀电位 Ecor等电化学参数列于表 1。
表 1 1.0mol·L-1 HCl溶液中电化学参数
Tab.1 Electrochemicalparametersofcarbonsteelcorosionin1.0mol·L-1 HClsolution
C/mg·L-1 Ecorr/V ba/mv· dec bc/mv·dec Icorr/mA· cm-2
空白 -0.522 6.29 9.66 51.64
八角 40 -0.498 11.7 12.1 6.349
金盘叶 80 -0.493 10.7 12 5.08
120 -0.498 7.36 11.7 5.018
160 -0.498 7.38 11.4 4.548
200 -0.492 7.89 11.1 4.517
60 -0.502 8.03 9.3 17.7
120 -0.499 9.99 10.8 11.38
香樟叶 180 -0.49 10.9 11.3 9.242
240 -0.494 11.5 11.4 8.458
300 -0.4996 12.26 12.31 8.008
图 3和图 4为不同浓度提取物在酸溶液中的极化曲线 ,可以看出在酸溶液中分别添加两种提取物后 ,碳钢的
自腐蚀电位向阳极方向移动 ,而且阴阳极电流都有下降。说明该提取物对阴阳极反应过程均有影响 ,而且电位移
动并没有达到 85mV[ 15] ,所以我们认为两种提取物都是以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂。当添加的浓度达到一
定值是电流下降幅度明显减小。从表中数据可以看出 ,添加提取物后 ,碳钢的腐蚀电流密度降低 , Tafel斜率 ba及
bc在添加缓蚀剂后基本都变大 ,说明这些提取物对阴 、阳极过程都有抑制作用 ,提取物对碳钢在 1.0mol·L-1盐
酸中的腐蚀起到了抑制作用 ,并且腐蚀电流密度随着浓度的增加而降低。说明在碳钢表面上形成的提取物吸附
膜越完整 ,腐蚀速率就越低。
2.2.2 电化学阻抗
电化学阻抗测试如图 5、图 6。
·57·第 11期 八角金盘叶和香樟叶提取物对碳钢的缓蚀作用
从图中的电化学阻抗谱 Nyquist曲线上可以看出 ,碳钢在添加不同浓度提取物的酸溶液中的阻抗谱均为容抗
弧 ,腐蚀体系的界面阻抗特征发生明显变化。随着提取物浓度的升高 ,容抗弧半径增大 ,即阻抗值增大 ,表明腐蚀
速度降低 [ 16] 。采用图 5及图 6中所示的等效电路图进行数据拟合 ,其中 Rct为电荷转移电阻。RS溶液电阻 ,
CPE为常相位角元件。拟合参数列于表 2。
表 2 碳钢在含不同浓度提取物的 1.0mol·L-1 HCl中电化学阻抗拟合参数
Tab.2 TheelectrochemicalimpedancefitingparametersofCarbonsteelindiferent
concentrationsofextractivescontaining1.0mol·L-1 HCl
C/mg·L-1 Rs/Ψ·cm2 Y0 /sΨ-1·cm-2 n(0
八角 40 1.42 3.99×10-4 0.91 226.4
80 1.47 3.95×10-4 0.9 488.8
金盘叶 120 1.39 3.90×10-4 0.89 546.7
160 1.41 4.03×10-4 0.89 580.7
200 1.41 4.02×10-4 0.89 598.9
60 2.06 2.79×10-4 0.91 116.4
120 1.79 2.92×10-4 0.92 218.7
香樟叶 180 1.93 4.24×10-4 0.92 279.9
240 2.1 2.74×10-4 0.92 304.4
300 3.16 2.96×10-4 0.92 317.3
由表 2可知 , 加人提取的缓蚀剂后 , 相对于空白溶液而言 , Rct随缓蚀剂浓度增加而增大。与极化曲线法
数据规律相吻合。使用极化电阻公式 η=(1-Rp/R0) ×100% (R0 、 Rp加入缓蚀剂前 、后线性极化电阻)
计算缓蚀率。计算可知 , 碳钢在含 200mg·L-1的八角金盘提取物在 1.0mol·L-1 HCl溶液腐蚀 6h后 , 用极
化电阻方法计算出的缓蚀率为 90.67%;含 300mg·L-1的香樟叶提取物经相同方法处理之后 , 计算出的缓蚀
率为 82.38%。
2.3 失重测试
以上电化学测试表明 , 当八角金盘叶提取物浓度为 200mg·L-1 、香樟叶提取物浓度为 300mg· L-1时分
别对碳钢有最大阻抗值。所以研究了 1.0mol·L-1 HCl溶液中这两种提取物分别对碳钢的失重率 (IE), 结果
见表 3。
·58· 绵阳师范学院学报(自然科学版) 第 29卷
表 3 失重测试数据
Tab3 Weightlesnesstestdata
样品 ■W1 ×10-2 ■W2 ×10-2 ■W3 ×10-2 ■W平均 ×10-2 IE%
空白 3.55 3.95 3.77 3.76 ---
A 0.71 0.74 0.72 0.72 80.85
B 0.84 0.87 0.89 0.87 76.86
表中 A为 200mg·L-1的八角金盘叶提取物 , B为 300mg·L-1的香樟叶提取物。
从表 3中可知 , 含 200mg·L-1的八角金盘叶提取物对在 1.0mol·L-1 HCl溶液腐蚀 6h的碳钢的缓蚀率
达到 80.85%。 300mg·L-1的香樟叶提取物在相同条件下缓蚀率为 76.86%。
对比于用极化电阻方法计算出来的缓蚀率 , 我们发现失重测试的缓蚀率稍低 , 这个可能是因为在电化学测
试中用的是 1.0cm2的平面电极 , 而在失重测试中我们用的是 10mm×20mm×2mm的钢片全部浸入溶液中。
众所周知 , 钢片的棱角及尖角处的腐蚀速率会快于平面部分 , 所以出现了失重测试结果稍低于用极化电阻数据
计算的结果。
2.4 钢表面的缓蚀剂吸附机理
众所周知 , 由于盐酸酸洗缓蚀剂的缓蚀作用是通过缓蚀剂分子在金属基体表面吸附成膜或通过与基体金属
离子螯合形成保护层来保护基体金属免受浸蚀。资料显示八角金盘叶中含有甾醇类 、烯类 、挥发油 、醛类等。
香樟叶中含有醇类 、蒎烯类 , 醛类 、烯等。推测其缓蚀作用机理可能是缓蚀成分在钢铁表面的吸附和聚合等共
同作用的结果。
在盐酸溶液中 , 钢铁表面带有正电荷 , 由于提取物中含有醇类 、醛类物质 , 导致存在大量的带有部分负电
荷的极性基团。缓蚀剂分子中以氧为中心原子 (且为孤对原子)的极性基团为主要吸附作用力 , 与过渡金属
原子具有未占据的空 d轨道形成配位键时 , 并在金属表面通过转化 、缩聚 、螯合等作用形成保护膜层而阻止金
属的继续腐蚀 , 属于化学吸附作用。
从红外图谱可知 , 提取物中含有烯类[ 17] , 可以发生缩聚反应而生成致密的缩合物膜沉淀在金属表面 , 缓
蚀剂分子与基体金属之间牢固的结合 , 对钢表面有良好的物理屏蔽作用 , 同时抑制阴阳两极的电化学过程 , 属
于物理吸附作用。
3 结论
该提取工艺简单 , 成本低廉。从两种树叶中提取出的缓蚀剂在 1.0mol·L-1 HCl溶液中对碳钢具有较好
的缓蚀作用。两种提取物都是以抑制阳极反应为主的混合型缓蚀剂。碳钢在含 200mg·L-1的八角金盘叶提取
物的 1.0mol·L-1 HCl溶液腐蚀 6h后 , 缓蚀率超过 80%。浓度为 300 mg· L-1的香樟叶提取物在相同条件
下 , 对碳钢缓蚀率达 76%。这两种绿色缓蚀剂在工业应用及其它相关领域具有潜在的应用前景。
参考文献:
[ 1] 范洪波.新型缓蚀剂的合成与应用 [ M] .北京:化学工业出版社 , 2003.1.
[ 2] 郭稚弧 , 唐和清.几种植物萃取也对碳钢腐蚀的抑制作用 [ J] .材料保护, 1989, 22 (2):9-13.
[ 3] 刘峥, 熊根良.植物型缓蚀剂的研制及应用 [ J] .腐蚀与防护 , 2003, 24 (4):146-150.
[ 4] 刘学虎 , 辛剑, 马伟.海带提取液作为酸洗缓蚀剂的研究 [ J] .腐蚀科学与防护技术 , 2003, 15 (3):172-174.
[ 5] 龚敏, 毛逢银, 忤建平 , 等.桉叶油盐酸酸洗缓蚀剂的开发 [J] .腐蚀与防护, 2006, 27 (11):576-578.
[ 6] 龚敏, 曾宪光, 蒋伟, 等.从竹叶中提取酸洗缓蚀剂的研究 [J] .腐蚀科学与防护技 2007, 19 (5):361-363.
[ 7] OrubiteKO, OforkaNC.InhibitionofthecorrosionofmilsteelinhydrochloricacidsolutionsbytheextractsleavesofNypafruti-
cansWurmb[ J] .MaterialsLeters, 2004, 58:1768-1772.
[ 8] 李焰, 赵澎 , 侯保荣.黄连提取物在 1mol/LHCl中对 Q235的缓蚀作用 [J] .腐蚀科学与防护技术 , 2006, 18 (1):1-4.
[ 9] ChauhanLR, GunasekaranG.CorosioninhibitionofmildsteelbyplantextractindiluteHClmedium [ J] .CorrosionSci-
ence, 2007, 49 (3):1143-1150.
(下转 73页)
·59·第 11期 八角金盘叶和香樟叶提取物对碳钢的缓蚀作用
DistributionandResearchProgressofMyotisChinensis
LIUHao, SHIHong-yan＊ , WANGGang
(InstituteofRareAnimalEcologyandSystemEvolution, MianyangNormalUniversity, Mianyang, 621000)
Abstract:ThemorphologiccharacteristicsofMyotischinensiscapturedinMianyangofSichuanprovinceare
reportedinthepresentpaper.Accordingtorecentpapers, thedistributionandresearchprogressofthisspecies
arereviewed.Problemsintaxonomyofthisspeciesarementioned.Taxonomy, populationstructure, breedingecol-
ogyandpostnatalgrowthofthisspeciesisstilunclear.Informationinthispapercanprovideareferenceforfur-
therresearchonMyotischinensis.
Keywords:Myotischinensis;bat;distribution, researchprogress
(上接第 59页)
[ 10] EmekaEO.Evaluationoftheinhibitiveefectofsomeplantextractsontheacidcorrosionofmildsteel
[ J] .CorrosionScience, 2008, 50(11):2993-2998.
[ 11] OstovariA, HoseiniehSM, PeikariM, etal.Corosioninhibitionofmildsteelin1MHClsolutionby
hennaextract:acomparativestudyoftheinhibitionbyhennaanditsconstituents(lawsone, galicacid, -D
-Glucoseandtannicacid)[ J] .CorosionScience, 2009, 9, (51):1935-1949.
[ 12] 宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学(第二版)[ M] .北京:科学出版社 , 2000, 333.
[ 13] 李向红 , 邓书端 , 付惠.三角枫叶提取物在 HCI中对钢的缓蚀作用 [ J] .腐蚀与防护 , 2010, 31(4):
287-290.
[ 14] 宋诗哲.腐蚀电化学研究方法 [ M] .北京:化学工业出版社 , 1994, 12-13.
[ 15] 李云菊 , 张胜涛 , 李伟华 , 等.几种缓蚀剂在 3.5%NaCl溶液中对 A3钢的缓蚀性能 [ J] .腐蚀与防
护 , 2010, 31(01):34-37.
[ 16] 李言涛 , 张洁 , 姜信德 , 等.羟丙基壳聚糖在海水中对碳钢的缓蚀作用 [ J] .全面腐蚀控制 , 2010,
24(8):27-31.
[ 17] 黄艳仙 , 蔡洁 , 周建敏.白玉兰叶提取物对 A3钢在酸性介质中缓蚀性能的研究 [ J] .应用化工 ,
2010 , 39(4):538-541.
CorrosionInhibitionEffectofExtractivesofFatsiaJaponica
LeavesandCamphorLeavesonCarbonSteel
SUNJian-ting, HEPing, WANGWei, YIXiao-fang, YANGKe
(SchoolofMaterialScienceandEngineering, SouthwestUniversity
ofScienceandTechnology, Mianyang, Sichuan, 621010)
Abstract:Thecorrosioninhibitionefectoffatsiajaponicaleavesandcamphorleavesoncarbonsteelinhy-
drochloricacidsolutionhasbeenstudied.Theperformanceofthecorosioninhibitorshasbeeninvestigatedby
Tafelpolarizationcurve, electrochemicalimpedancespectrumandweight-lossmethod, respectively.Moreover,
theinhibitorsfunctionalgroupsaredeterminedbyinfraredspectrum.Themechanicalcorrosionofcarbonsteelisi-
dentified.Resultsshowthatwithin6hours, thecorosioninhibitorsof200gmg· L-1 fatsiajaponicaleavesand
300mg·L-1 camphorleavesusedseparatelyexhibitcertaininhibitionefecttocarbonsteelandthecorrosionrates
are80.85%, 76.86% in1.0 mol·L-1 hydrochloricacidsystem.
Keywords:fatsiajaponicaleaves;camphorleaves;extractive;inhibitor
·73·第 11期 中华鼠耳蝠的分布及研究现状