槐叶提取物在油田水处理中的应用研究

吴 亚，陈 刚，张 洁，庞 敏，张 敏，侯晓晴

（西安石油大学化学化工学院，陕西 西安 710065）

槐叶提取物在油田水处理中的应用研究

吴 亚，陈 刚，张 洁，庞 敏，张 敏，侯晓晴

（西安石油大学化学化工学院，陕西 西安 710065）

研究了槐叶提取物在油田采出水处理中的应用。分别采用水和乙醇对槐叶进行提取，考察了提取物分别作为缓蚀剂和杀菌剂的作用效能。结果显示槐叶的水提物和醇提物有一定的缓蚀作用，水提物缓蚀作用强于醇提物。此外，槐叶水提物对硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和铁细菌(FB)有一定的杀菌作用，而醇提物对3种细菌杀菌作用弱。

槐叶；油田生产水；缓蚀；杀菌

槐树（Sophora japonica L.），又名中国槐、白槐、细叶槐、金药树、护房树等，为蝶形花科槐属多年生落叶乔木，广泛分布于中国及周边国家和地区[1]。槐叶在医药、工业、保健养生等方面都有很好的应用，在油田化学应用方面比工业合成的缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、除氧剂、铁离子稳定剂等处理剂污染小、成本低。且槐叶作为一种自然植物材料，便于采集，其提取物可直接为油田企业提供天然环保型的油田化学品。本课题组致力于利用当地优势绿色材料开发油田化学品，已经筛选了多种植物材料提取物作为缓蚀剂[2-3]，本研究以槐叶为材料，对其水提取物和乙醇提取物在油田水处理中的应用进行探索。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

槐叶为城市绿化带处的槐树叶子。

无水乙醇、盐酸、FeCl3·6H2O、CaCl2、Na2CO3、DMF。

细菌培养瓶、N85号钢片、721型分光光度计。

1.2 提取与提取物溶液配制

采用水或者无水乙醇，料液比为m(料)∶V(液) = 1g∶20mL，回流提取4h。冷却到室温，过滤、洗涤，将母液蒸干，得到槐叶提取物。取适量提取物，溶于水或者DMF，定容，配制成一定浓度的溶液待用。

1.3 缓蚀剂性能评价、防垢性能评价和杀菌性能评价实验

缓蚀剂性能评价、防垢性能评价和杀菌性能评价实验参照中华人民共和国石油天然 气行业标准SY/T 5273-2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》、SY/T 5673-1993《油田用防垢剂性能评价方法》、SY/T 0532-1993《油田注入水细菌分析方法》所述方法进行。

2 结果与讨论

2.1 槐叶中的多酚化合物及其与Fe3+的作用

槐叶中含有丰富的黄酮、异黄酮及其苷类成分，其主要成分是芦丁黄酮。图1为槐叶中的黄酮类化合物antiarones K, B, F～I (1～6), (±)-sigmoidin A (7)和2-[2,3-二氢-4-羟基-2-(2-羟基-2-丙基)-5-甲氧基-1H-茚基]-1-(2,4,6-三羟基苯基)乙酮(8)的结构[4]，这些黄酮类化合物具有多个酚羟基，能与许多金属发生配位作用，因此，槐叶提取物可以与铁离子发生配位作用，在铁表面形成保护膜。

图1 槐叶中的黄酮类化合物结构

取0.5g·L-1的醇提取物10mL加入不同体积的0.1g·L-1FeCl3·6H2O溶液，稀释至20mL，500nm下测定其吸光度，结果如图2所示。由图2可见，随着FeCl3·6H2O溶液的增加，体系的吸光度增加，增加到一定程度之后，其吸光度变化趋势减小，这是由于加入的Fe3+与提取物中的酚羟基配位，使体系的颜色加深，当加入量使得提取物中能够发生配位的酚羟基完全配位后，继续加入FeCl3·6H2O溶液对吸光度影响不大。对前后两段分别作图，其线性关系方程分别为: y=0.053x+0.2228，y=0.0035x+0.5100。由两方程式计算可得达到饱和配位时FeCl3·6H2O溶液的体积应为5.80mL（即两直线交点处横坐标）。按照饱和配位时n（酚羟基）∶n（Fe3+）=6∶1计算可得提取物中有效酚羟基的含量为12.85×10-3mol·g-1。

图2 槐叶醇提物-铁(Ⅲ)离子的吸收曲线

2.2 缓蚀剂性能评价

配制含有盐酸和1000mg·L-1、500mg·L-1、200mg·L-1、100mg·L-1、50mg·L-1、10mg·L-1槐叶水提取物的水溶液，使用A3型标准钢片，在60℃下，评价其缓蚀性能，同时做空白实验，结果如图3所示。

将醇提物用DMF溶解配制成10g·L-1的溶液，然后采用此溶液配制含有1mol·L-1盐酸和1000mg·L-1、500mg·L-1、200mg·L-1、100mg·L-1、50mg·L-1、10mg·L-1槐叶醇提物的溶液，同时做空白试验，结果如图4所示。

图3 槐叶水提物缓蚀性能

图4 槐叶醇提物缓蚀性能

由图3～4可见，槐叶的水提物有较好的缓蚀效果，浓度为10mg·L-1的缓蚀率已经达到60%以上，浓度为1000mg·L-1的缓蚀率达到79%以上。而醇提物缓蚀率则比较低，浓度为200mg·L-1的缓蚀率为20%。槐叶提取物中主要含有官能团羟基、羰基等极性基团的化合物，在HCl介质中易与H+发生质子化而带正电，而Cl-可吸附在铝表面，使其带负电，故通过电性引力质子化的缓蚀剂可吸附在金属表面。多酚化合物含有多个邻位酚羟基，具有大量的孤对电子，可与多种金属离子的价层空p轨道形成配位键发生化学吸附。例如，单宁与Fe3+在酸性状态下，形成一配基或二配基络合物，在碱性状态下才能形成三配基络合物，起到稳定Fe3+的作用[5]。多酚化合物也可作为螯合配位剂，与溶液中的金属离子形成螯合物后再通过范德华力吸附在金属表面上形成保护屏障层。此外，在螯合的同时，高价金属离子如Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)，容易将酚羟基尤其是邻位酚羟基氧化成醌，高价金属离子相应地还原成低价的金属离子(Cr3+、Cu+、Fe2+)，由此也可以降低高价金属离子对铁的腐蚀[6]。

2.3 杀菌性能评价

在油田水系统中常含有数量大、危害强的硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和铁细菌（FB）等有害细菌。目前油田普遍使用的杀菌剂品种单一，长期使用使得油田细菌的耐药性逐渐增强，因此油田企业迫切需要高效、低成本的杀菌剂。槐叶中所含的黄酮类化合物对多种细菌、真菌和微生物有明显的抑制能力，槐叶提取物对油田水中常见细菌的抑制作用如表1所示。

表1 槐叶提取物对油田水中3种细菌的抑制作用

由表1结果可知，槐叶水提物对3种细菌都有一定的杀菌作用，20g·L-1的水提物降低水中的3种细菌含量，可以将SRB细菌量由110个·mL-1降至2.0个·mL-1，将TGB和FB细菌量由70个·mL-1降至2.0个·mL-1，当浓度降低至10g·L-1时，对3种细菌的杀菌效率显著降低。而醇提物对3种细菌的杀菌效果不好，20g·L-1的醇提物将SRB细菌量由110个·mL-1降至0.9个·mL-1，将TGB细菌量由70个·mL-1降至6.0个·mL-1，将FB细菌量由70个·mL-1降至25.0个·mL-1。

3 结论

1）槐叶提取物对钢片具有较好的缓蚀作用，水提物优于醇提物，50mg·L-1水提物的缓蚀率在70%以上；

2）槐叶提取物对3种常见油田细菌有一定的杀菌作用，在 20g·L-1时水提物对SRB的杀菌作用较好，对TGB和FB的杀菌作用较弱。水提物优于醇提物，醇提物杀菌效果不好。

[1] 陈宗游，邹蓉，蒋运生，等.实生与嫁接槐树的槐米、槐叶的芦丁含量和营养成分的分析及评价[J]. 食品工业科技，2012(18):344-348.

[2] 陈刚，庞敏，默云娟，张敏，侯小晴，苏慧君，张洁.石榴皮提取物在油田水处理中的应用研究[J].石油与天然气化工，2013，42(1):83-85.

[3] 陈刚，高起 龙，马丰云，周敏，张洁.柿子皮提取物缓蚀及抑制油田微生物作用研究[J].石油与天然气化工，2013，42(5):515-519.

[4] 阙东枚，梅文莉，吴娇. 见血封喉根中类黄酮的结构鉴定[J]. 有机化学，2009，29(9):1372.

[5] 周蓓蓓，潘见，开桂清，等. 光度法研究铜离子和铁离子与芦丁的不同配位特性[J]. 安徽化工，2006(1):65.

[6] 陈武勇，刘波，刘进，等. 植物单宁与铁盐和氧化剂反应的变色规律[J]. 中国皮革，2003，32(7):11-14.

Application of Sophora Japonica L. Leaves Extraction in Treatment of Oilfield Produced Water

WU Ya, CHEN Gang, ZHANG Jie, PANG Min, ZHANG Min, HOU Xiao-qing
(1.School of Chemistry and Chemical Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China; 2. Yanchang petroleum (Group) Co., Ltd. Analysis Center, Yan’an 716000, China)

To explore the application of the abundant forest resources in Shaanxi, the extract of Sophora japonica L. leaves was studied in oilf eld produced water treatment. Water and ethanol were used to extract the leaves respectively, and then the corrosion inhibition and fungicide eff cacy of the extracts were evaluated. Results showed that the water extract and alcohol extract had certain inhibition effect, and the water extract was more potent than alcohol extract. In addition, the water extract could inhibit sulfate reducing bacteria (SRB), total general bacteria (TGB) and iron bacteria (FB), but the alcohol extract was weak against the three bacteria.

sophora japonica L. leaves; oilf eld produced water; corrosion inhibition; bacteria inhibition

TE 39

A

1671-9905(2015)04-0008-03

陕西省首席工程师服务中小企业计划；国家级大学生创新创业训练计划项目（201210705040）

陈刚(1977-)，男，副教授，研究方向为绿色油田化学品研究与应用。电话:029-88382693；E-mail:gangchen@xsyu.edu.cn

2015-02-11