天然缓蚀剂对碳钢在盐酸液中缓蚀性能的研究

蔡 洁， 黎燕华

(1.广东石油化工学院化学与生命科学学院，广东茂名 525000;2.广东石油化工学院 应用化学系，广东茂名 525000)

天然缓蚀剂对碳钢在盐酸液中缓蚀性能的研究

蔡 洁1， 黎燕华2

(1.广东石油化工学院化学与生命科学学院，广东茂名 525000;2.广东石油化工学院 应用化学系，广东茂名 525000)

分别用浸泡水解法、加热回流法从油菜籽中提取天然缓蚀剂，研究各种方法的提取物在室温下酸性介质中对A3钢的缓蚀性能。实验结果表明，两种方法所得植物缓蚀剂均属于阴极抑制为主的混合型缓蚀剂，其中直接浸泡法提取的缓蚀剂因为氨基酸含量最高，因此缓蚀效果最好，缓蚀率最高可达91.91%。

缓蚀剂;油菜籽;A3钢;缓蚀性能;氨基酸

引 言

世界每年因腐蚀造成的金属损失约占全年金属总产量的10%，由于腐蚀造成的停工停产、爆炸、火灾、桥梁断裂及油轮漏油等恶性事故所引起的人身安全和财产等间接损失更无法估量［1］。所以腐蚀问题早已引起人们的重视，并不断地有防止腐蚀的新方法、新材料和新的科研成果问世。凡在介质中添加少量物质能降低介质的腐蚀性、防止金属免遭腐蚀的物质，称之为缓蚀剂，又称抑制剂［2］。缓蚀剂由于制备设备简单，使用方便，投资小，收获大，而得以广泛应用。但是目前所使用的缓蚀剂以无机缓蚀剂和人工合成的有机缓蚀剂较多，它们中部分存在的缺陷如缓蚀性能差、添加量多、毒性大和成本高等问题。随着环保意识的增强和环境保护法的严格限制，人们希望开发一种高效、低毒、剂量小及成本低的新型缓蚀剂来取代那些缓蚀剂［3］。氨基酸在金属缓蚀方面的应用为缓蚀剂的安全及高效利用开辟了新的领域。氨基酸生产成本较低，在水中的溶解性好，对环境无毒无害，可生物降解，是一种很有发展潜力的绿色缓蚀剂。油菜籽含有丰富的蛋白质，通过水解可以获得多种氨基酸，本文通过对油菜籽的缓蚀性能的研究［4］，寻找一种绿色环保型的天然缓蚀剂。

1 实验

1.1 实验原料、药品及仪器

1)原料及药品 油菜籽、A3钢片(10mm×30mm)、HCl(均为 w(HCl)=5% 的 HCl溶液)、丙酮、L-异亮氨酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾及茚三酮等。

2)实验仪器 MEC-16B型多功能微机电化学分析仪(江苏江分电分析仪器有限公司);电子分析天平(上海精密科学仪器有限公司);LX-04型粉碎机(浙江金华市机械厂)。

1.2 缓蚀剂的制备方法

油菜籽用粉碎机粉碎，备用。

1.2.1 浸泡水解法

在30℃条件下，分别称取粉碎的油菜籽0.1、0.2、0.3、0.4 和0.5g放入 20mL 试管里，向试管中各加入10mL HCl溶液，HCl的作用是水解催化剂。据文献可知［5］，菜籽粕中有20%～24%的蛋白质，35%～43%的油脂，蛋白质和油脂在酸性条件下水解均可得到有效的酸性缓蚀成分氨基酸和脂肪酸。同时油菜籽中还含有硫代葡萄糖苷、植酸及多酚类化合物等有效的酸性缓蚀成分。这些成分也可以通过浸泡提取，因此将油菜籽在HCl溶液中浸泡水解24h，过滤所得黄绿色溶液即为HCl型酸性天然缓蚀剂。

1.2.2 加热回流法

称取30g粉碎的油菜籽于圆底烧瓶中，加入150mL HCl溶液，加热到沸腾回流2h，再加入50mL HCl溶液浸泡20h，真空抽滤得160mL红棕色溶液即为HCl型酸性天然缓蚀剂。原理和以上相同，只是温度提高。

1.3 缓蚀剂缓蚀性能评价

1.3.1 质量损失法

在30℃条件下，将A3钢试片用2#金相砂纸擦亮，用蒸馏水冲洗、吹干，并用丙酮擦拭，再用电子天平准确称量(记为m0)，置于盐酸介质中浸蚀24h，最后将试片取出用蒸馏水冲洗、吹干，用丙酮擦拭，然后准确称量(记为m1)，按下式进行计算［3］腐蚀速率(v)和缓蚀率(P)。

式中:v为腐蚀速率，kg/m2h;m0为腐蚀前试样的质量，kg;m1为腐蚀后试样的质量，kg;A为试样面积，m2;t为腐蚀时间，h。

式中:v0为未添加缓蚀剂时试样的腐蚀速率，kg/m2h;v1为添加缓蚀剂后试样的腐蚀速率，kg/m2h。

1.3.2 极化曲线测定

室温下，分别称取粉碎的油菜籽0、1和5g于烧杯中，加入40mL HCl溶液，浸泡24h，过滤后为待测液。用MEC-16B型多功能微机电化学分析仪测定极化曲线，测定采用三电极系统［6］，研究电极为A3钢片，A=1cm2，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，扫描速度为0.01V/s，室温。

2 结果与讨论

2.1 浸泡法提取的缓蚀剂缓蚀效果

2.1.1 质量损失的测定

在 30℃条件下，分别称取 0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5g油菜籽放入10mL HCl溶液的试管中，再向试管中放入A3钢片，浸泡24h后测定其缓蚀率，结果如表1。

2.1.2 极化曲线的测定

室温下分别在3个装有40mL HCl溶液的烧杯里加入0、1、5g油菜籽，浸泡24h。用 MEC-16B型多功能微机电化学分析仪测其极化曲线，结果如图1。

由图1的极化曲线可知，加入5%HCl溶液浸泡油菜籽的缓蚀液后，阴阳极均有一定程度的极化，虽然阳极极化曲线变化不大，但阴极极化曲线明显向左移动，自腐蚀电位负移，其腐蚀电流密度明显减小，对A3钢腐蚀的阴极过程有明显的抑制作用，一定程度地降低了A3钢腐蚀速度［2］，从而对金属进行了有效的保护，缓蚀效果较好。由图1可以看出加入5g油菜籽缓蚀剂比加入1g的缓蚀效果好。由于阴阳极均有一定程度的极化，阴极极化程度比阳极大，说明油菜籽浸泡水解得到的缓蚀剂属于阴极抑制为主的混合型缓蚀剂。而混合型缓蚀剂是对阴极过程和阳极过程同时起抑制作用的缓蚀剂，这类缓蚀剂主要有三种:含氮的有机化合物、含硫的有机化合物和含硫、含氮的有机化合物［2］。

表1 浸泡法提取油菜籽缓蚀剂缓蚀率

图1 阴、阳极极化曲线

2.2 加热回流法提取缓蚀剂缓蚀效果

2.2.1 质量损失的测定

在30℃条件下，分别在装有10mL HCl溶液的试管中装入 0.2、0.4、0.8、1.0 和 2.0mL 加热回流萃取法提取的缓蚀剂，再向试管里放入A3钢，浸泡24h后测定其缓蚀率，结果如表2。

2.2.2 极化曲线的测定

在室温下分别向40mL HCl溶液里加入0、1(0.179g油菜籽)、5mL(0.895g油菜籽)加热回流萃取法提取缓蚀剂，用MEC-16B型多功能微机电化学分析仪测其极化曲线，结果如图2。

表2 加热回流萃取法提取缓蚀剂缓蚀率

由图2可知，加入加热回流萃取法提取的缓蚀剂后，阴阳极均有一定程度的极化，阴极极化曲线明显向左偏移，自腐蚀电位负移，缓蚀剂属于阴极控制为主的混合型缓蚀剂。而且其腐蚀电流密度减小，说明该过程对A3钢腐蚀的阴极过程起主要抑制作用，一定程度降低了A3钢腐蚀速度。加入5mL提取液比加入1mL提取液效果更好。

2.3 缓蚀效果比较

浸泡法和加热回流萃取法所得缓蚀剂的性能比较如表3。

由表3可知，直接浸泡法所得缓蚀剂的缓蚀效果优于加热回流萃取法。一般情况下，植物浸泡法由于温度较低，所得粗提物主要以黄酮类化合物为主，缓蚀剂总有效浓度相对较低。采用加热回流萃取的方法提取缓蚀剂除了有黄酮类的物质外，还有烯类和烷类等物质，缓蚀剂总有效浓度相对较高，所以缓蚀率一般高于浸泡法［7］。而油菜籽由于含有蛋白质，水解得到的氨基酸是一种对A3钢在酸性介质中缓蚀效果较好的缓蚀剂。加热是导致蛋白质变性的主要因素之一，使氨基酸内部键被破坏，所以油菜籽直接浸泡比加热回流萃取得到的氨基酸要高，因此缓蚀性能要好。用分光光度法测定两种方法提取油菜籽缓蚀剂溶液中的氨基酸，结果如表4。

图2 阴、阳极极化曲线

表3 两种天然缓蚀剂的性质

表4 缓蚀剂溶液中的氨基酸质量浓度

3 结论

1)两种提取方法所得缓蚀剂均属于阴极抑制为主的混合型缓蚀剂，对阴阳极反应均有抑制作用，由于直接浸泡法比加热回流萃取法提取的缓蚀剂中氨基酸质量浓度要高，因此效果要好。

2)油菜籽直接浸泡法提取的植物性缓蚀剂具有高效、低毒、价廉的特点，属于环境友好型的天然缓蚀剂。。

［1］ H·科舍，吴荫顺.金属腐蚀［M］.科舍着，吴荫顺译.北京:化学工业出版社，1984:5-11.

［2］ 张天胜.缓蚀剂［M］.北京:化学工业出版社，2002:1-145.

［3］ 陆柱.大力推进适应环境保护的防腐蚀技术［J］.腐蚀与防护，2002，23(3):11-20.

［4］ 张光华，李祥，沈良骥.水解油菜籽饼粕制取酸洗缓蚀剂［J］.精细化工，1996(13):18-20.

［5］ 章绍兵.水酶法从油菜籽中提取油和生物活性肽的研究［D］.江苏:江南大学，2009:2-5.

［6］ 杨绮琴，方北龙，童叶翔.应用电化学［M］.广州:中山大学出版社，2001:37-38，131-146.

［7］ 蔡洁，潘美贞.芒果树叶提取物对A3钢在酸性介质中缓蚀性能的研究［J］.茂名学院学报，2010，20(3):17-19.

Corrosion Inhibition of a Natural Inhibitor for Steel in Hydrochloric Acid Solution

CAI Jie1，LI Yan-hua2
(1.College of Chemistry and Life Science，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China;2.College of Applied Chemistry，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China)

A natural inhibitor was obtained by extraction of rape seeds respectively with immersion hydrolysis and heating reflux methods.The corrosion inhibition of the rape seed extraction obtained from the two methods for A3 steel in hydrochloric acid solution at room temperature was studied by using soaking mass loss and polarization curve techniques.The experimental results show that the corrosion inhibition effect of the vegetal inhibitor extracted from rape seeds with the two methods for A3 steel in hydrochloric acid solution both belong to mixed type inhibitor that exhibits mainly cathodic inhibition.The vegetal inhibitor obtained from direct immersion extraction has better corrosion inhibition effect due to higher amino acid content.Its corrosion inhibition ratio can be up to 91.91% .

corrosion inhibitor;rape seed;A3 steel;corrosion inhibition;amino acid

TQ174.42

A

1001-3849(2010)11-0036-04

2010-08-04

2010-08-26