天然緩蝕劑對碳鋼在鹽酸液中緩蝕性能的研究

蔡 潔， 黎燕華

(1.廣東石油化工學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，廣東茂名 525000;2.廣東石油化工學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，廣東茂名 525000)

天然緩蝕劑對碳鋼在鹽酸液中緩蝕性能的研究

蔡 潔1， 黎燕華2

(1.廣東石油化工學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，廣東茂名 525000;2.廣東石油化工學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，廣東茂名 525000)

分別用浸泡水解法、加熱回流法從油菜籽中提取天然緩蝕劑，研究各種方法的提取物在室溫下酸性介質(zhì)中對A3鋼的緩蝕性能。實驗結(jié)果表明，兩種方法所得植物緩蝕劑均屬于陰極抑制為主的混合型緩蝕劑，其中直接浸泡法提取的緩蝕劑因為氨基酸含量最高，因此緩蝕效果最好，緩蝕率最高可達91.91%。

緩蝕劑;油菜籽;A3鋼;緩蝕性能;氨基酸

引 言

世界每年因腐蝕造成的金屬損失約占全年金屬總產(chǎn)量的10%，由于腐蝕造成的停工停產(chǎn)、爆炸、火災(zāi)、橋梁斷裂及油輪漏油等惡性事故所引起的人身安全和財產(chǎn)等間接損失更無法估量［1］。所以腐蝕問題早已引起人們的重視，并不斷地有防止腐蝕的新方法、新材料和新的科研成果問世。凡在介質(zhì)中添加少量物質(zhì)能降低介質(zhì)的腐蝕性、防止金屬免遭腐蝕的物質(zhì)，稱之為緩蝕劑，又稱抑制劑［2］。緩蝕劑由于制備設(shè)備簡單，使用方便，投資小，收獲大，而得以廣泛應(yīng)用。但是目前所使用的緩蝕劑以無機緩蝕劑和人工合成的有機緩蝕劑較多，它們中部分存在的缺陷如緩蝕性能差、添加量多、毒性大和成本高等問題。隨著環(huán)保意識的增強和環(huán)境保護法的嚴(yán)格限制，人們希望開發(fā)一種高效、低毒、劑量小及成本低的新型緩蝕劑來取代那些緩蝕劑［3］。氨基酸在金屬緩蝕方面的應(yīng)用為緩蝕劑的安全及高效利用開辟了新的領(lǐng)域。氨基酸生產(chǎn)成本較低，在水中的溶解性好，對環(huán)境無毒無害，可生物降解，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ木G色緩蝕劑。油菜籽含有豐富的蛋白質(zhì)，通過水解可以獲得多種氨基酸，本文通過對油菜籽的緩蝕性能的研究［4］，尋找一種綠色環(huán)保型的天然緩蝕劑。

1 實驗

1.1 實驗原料、藥品及儀器

1)原料及藥品 油菜籽、A3鋼片(10mm×30mm)、HCl(均為 w(HCl)=5% 的 HCl溶液)、丙酮、L-異亮氨酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀及茚三酮等。

2)實驗儀器 MEC-16B型多功能微機電化學(xué)分析儀(江蘇江分電分析儀器有限公司);電子分析天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司);LX-04型粉碎機(浙江金華市機械廠)。

1.2 緩蝕劑的制備方法

油菜籽用粉碎機粉碎，備用。

1.2.1 浸泡水解法

在30℃條件下，分別稱取粉碎的油菜籽0.1、0.2、0.3、0.4 和0.5g放入 20mL 試管里，向試管中各加入10mL HCl溶液，HCl的作用是水解催化劑。據(jù)文獻可知［5］，菜籽粕中有20%～24%的蛋白質(zhì)，35%～43%的油脂，蛋白質(zhì)和油脂在酸性條件下水解均可得到有效的酸性緩蝕成分氨基酸和脂肪酸。同時油菜籽中還含有硫代葡萄糖苷、植酸及多酚類化合物等有效的酸性緩蝕成分。這些成分也可以通過浸泡提取，因此將油菜籽在HCl溶液中浸泡水解24h，過濾所得黃綠色溶液即為HCl型酸性天然緩蝕劑。

1.2.2 加熱回流法

稱取30g粉碎的油菜籽于圓底燒瓶中，加入150mL HCl溶液，加熱到沸騰回流2h，再加入50mL HCl溶液浸泡20h，真空抽濾得160mL紅棕色溶液即為HCl型酸性天然緩蝕劑。原理和以上相同，只是溫度提高。

1.3 緩蝕劑緩蝕性能評價

1.3.1 質(zhì)量損失法

在30℃條件下，將A3鋼試片用2#金相砂紙擦亮，用蒸餾水沖洗、吹干，并用丙酮擦拭，再用電子天平準(zhǔn)確稱量(記為m0)，置于鹽酸介質(zhì)中浸蝕24h，最后將試片取出用蒸餾水沖洗、吹干，用丙酮擦拭，然后準(zhǔn)確稱量(記為m1)，按下式進行計算［3］腐蝕速率(v)和緩蝕率(P)。

式中:v為腐蝕速率，kg/m2h;m0為腐蝕前試樣的質(zhì)量，kg;m1為腐蝕后試樣的質(zhì)量，kg;A為試樣面積，m2;t為腐蝕時間，h。

式中:v0為未添加緩蝕劑時試樣的腐蝕速率，kg/m2h;v1為添加緩蝕劑后試樣的腐蝕速率，kg/m2h。

1.3.2 極化曲線測定

室溫下，分別稱取粉碎的油菜籽0、1和5g于燒杯中，加入40mL HCl溶液，浸泡24h，過濾后為待測液。用MEC-16B型多功能微機電化學(xué)分析儀測定極化曲線，測定采用三電極系統(tǒng)［6］，研究電極為A3鋼片，A=1cm2，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，掃描速度為0.01V/s，室溫。

2 結(jié)果與討論

2.1 浸泡法提取的緩蝕劑緩蝕效果

2.1.1 質(zhì)量損失的測定

在 30℃條件下，分別稱取 0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5g油菜籽放入10mL HCl溶液的試管中，再向試管中放入A3鋼片，浸泡24h后測定其緩蝕率，結(jié)果如表1。

2.1.2 極化曲線的測定

室溫下分別在3個裝有40mL HCl溶液的燒杯里加入0、1、5g油菜籽，浸泡24h。用 MEC-16B型多功能微機電化學(xué)分析儀測其極化曲線，結(jié)果如圖1。

由圖1的極化曲線可知，加入5%HCl溶液浸泡油菜籽的緩蝕液后，陰陽極均有一定程度的極化，雖然陽極極化曲線變化不大，但陰極極化曲線明顯向左移動，自腐蝕電位負(fù)移，其腐蝕電流密度明顯減小，對A3鋼腐蝕的陰極過程有明顯的抑制作用，一定程度地降低了A3鋼腐蝕速度［2］，從而對金屬進行了有效的保護，緩蝕效果較好。由圖1可以看出加入5g油菜籽緩蝕劑比加入1g的緩蝕效果好。由于陰陽極均有一定程度的極化，陰極極化程度比陽極大，說明油菜籽浸泡水解得到的緩蝕劑屬于陰極抑制為主的混合型緩蝕劑。而混合型緩蝕劑是對陰極過程和陽極過程同時起抑制作用的緩蝕劑，這類緩蝕劑主要有三種:含氮的有機化合物、含硫的有機化合物和含硫、含氮的有機化合物［2］。

表1 浸泡法提取油菜籽緩蝕劑緩蝕率

圖1 陰、陽極極化曲線

2.2 加熱回流法提取緩蝕劑緩蝕效果

2.2.1 質(zhì)量損失的測定

在30℃條件下，分別在裝有10mL HCl溶液的試管中裝入 0.2、0.4、0.8、1.0 和 2.0mL 加熱回流萃取法提取的緩蝕劑，再向試管里放入A3鋼，浸泡24h后測定其緩蝕率，結(jié)果如表2。

2.2.2 極化曲線的測定

在室溫下分別向40mL HCl溶液里加入0、1(0.179g油菜籽)、5mL(0.895g油菜籽)加熱回流萃取法提取緩蝕劑，用MEC-16B型多功能微機電化學(xué)分析儀測其極化曲線，結(jié)果如圖2。

表2 加熱回流萃取法提取緩蝕劑緩蝕率

由圖2可知，加入加熱回流萃取法提取的緩蝕劑后，陰陽極均有一定程度的極化，陰極極化曲線明顯向左偏移，自腐蝕電位負(fù)移，緩蝕劑屬于陰極控制為主的混合型緩蝕劑。而且其腐蝕電流密度減小，說明該過程對A3鋼腐蝕的陰極過程起主要抑制作用，一定程度降低了A3鋼腐蝕速度。加入5mL提取液比加入1mL提取液效果更好。

2.3 緩蝕效果比較

浸泡法和加熱回流萃取法所得緩蝕劑的性能比較如表3。

由表3可知，直接浸泡法所得緩蝕劑的緩蝕效果優(yōu)于加熱回流萃取法。一般情況下，植物浸泡法由于溫度較低，所得粗提物主要以黃酮類化合物為主，緩蝕劑總有效濃度相對較低。采用加熱回流萃取的方法提取緩蝕劑除了有黃酮類的物質(zhì)外，還有烯類和烷類等物質(zhì)，緩蝕劑總有效濃度相對較高，所以緩蝕率一般高于浸泡法［7］。而油菜籽由于含有蛋白質(zhì)，水解得到的氨基酸是一種對A3鋼在酸性介質(zhì)中緩蝕效果較好的緩蝕劑。加熱是導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性的主要因素之一，使氨基酸內(nèi)部鍵被破壞，所以油菜籽直接浸泡比加熱回流萃取得到的氨基酸要高，因此緩蝕性能要好。用分光光度法測定兩種方法提取油菜籽緩蝕劑溶液中的氨基酸，結(jié)果如表4。

圖2 陰、陽極極化曲線

表3 兩種天然緩蝕劑的性質(zhì)

表4 緩蝕劑溶液中的氨基酸質(zhì)量濃度

3 結(jié)論

1)兩種提取方法所得緩蝕劑均屬于陰極抑制為主的混合型緩蝕劑，對陰陽極反應(yīng)均有抑制作用，由于直接浸泡法比加熱回流萃取法提取的緩蝕劑中氨基酸質(zhì)量濃度要高，因此效果要好。

2)油菜籽直接浸泡法提取的植物性緩蝕劑具有高效、低毒、價廉的特點，屬于環(huán)境友好型的天然緩蝕劑。。

［1］ H·科舍，吳蔭順.金屬腐蝕［M］.科舍著，吳蔭順譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1984:5-11.

［2］ 張?zhí)靹?緩蝕劑［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:1-145.

［3］ 陸柱.大力推進適應(yīng)環(huán)境保護的防腐蝕技術(shù)［J］.腐蝕與防護，2002，23(3):11-20.

［4］ 張光華，李祥，沈良驥.水解油菜籽餅粕制取酸洗緩蝕劑［J］.精細(xì)化工，1996(13):18-20.

［5］ 章紹兵.水酶法從油菜籽中提取油和生物活性肽的研究［D］.江蘇:江南大學(xué)，2009:2-5.

［6］ 楊綺琴，方北龍，童葉翔.應(yīng)用電化學(xué)［M］.廣州:中山大學(xué)出版社，2001:37-38，131-146.

［7］ 蔡潔，潘美貞.芒果樹葉提取物對A3鋼在酸性介質(zhì)中緩蝕性能的研究［J］.茂名學(xué)院學(xué)報，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