餐飲廢油衍生物抑制劑的抗微生物腐蝕研究

郭容婷， 劉 崢， 王 勝， 陳則勝， 呂奕菊

(桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院 電磁化學(xué)功能物質(zhì)廣西區(qū)重點實驗室， 廣西 桂林 541004)

0 前 言

由于硫酸鹽還原菌導(dǎo)致的微生物腐蝕廣泛存在于石油領(lǐng)域和海洋領(lǐng)域，微生物腐蝕會造成金屬材料的孔蝕，嚴(yán)重威脅工業(yè)生產(chǎn)安全，并給工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟損失，是不容忽視的腐蝕元兇[1-3]。 在腐蝕體系中添加緩蝕劑是較為簡便高效的防護措施。

苯并咪唑化合物是一類含有氮原子的五元雜環(huán)化合物。 由于分子中的N 原子含有孤對電子，且分子結(jié)構(gòu)中存在p-π 共軛效應(yīng)，使得苯并咪唑分子能牢固地吸附在金屬表面形成一層吸附膜，從而減緩金屬腐蝕。研究報道表明，苯并咪唑化合物在酸腐蝕以及CO2腐蝕中，有著優(yōu)異的緩蝕性能[4-6]；同時，苯并咪唑化合物還有著優(yōu)異的生物活性[7，8]，能有效抑制微生物的生長。 因此，苯并咪唑化合物在作為微生物腐蝕抑制劑方面有著巨大潛力。

本工作利用餐飲廢油制備了苯并咪唑餐飲廢油抗微生物腐蝕抑制劑，將餐飲廢油所含的豐富長碳鏈脂肪酸與胺基進行酰胺化環(huán)化反應(yīng)得到苯并咪唑衍生物，此反應(yīng)相當(dāng)于將疏水性長碳鏈引入苯并咪唑分子中，所制備的苯并咪唑餐飲廢油衍生物在具有苯并咪唑分子優(yōu)異的抑菌性能和緩蝕性能的同時，增強了苯并咪唑分子在金屬表面的疏水性，減少了微生物在金屬表面的附著。 利用失重法、電化學(xué)測試技術(shù)、掃描電鏡探究了抑制劑在模擬海水中對碳鋼的抗微生物腐蝕性能，使用分子動力學(xué)模擬方法模擬研究了苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑在Fe 表面的吸附構(gòu)型及性能參數(shù)。

1 試 驗

1.1 苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的制備

首先對餐飲廢油進行過濾處理，除去廢油中的不溶性雜質(zhì)。 然后往廢油中加入5%～10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的活性白土并攪拌均勻，對廢油進行脫色處理后過濾。最后將廢油加熱至100 ℃以除去廢油中的水分，直至油中無氣泡生成。

以40 mL N-甲基吡咯烷酮作為溶劑介質(zhì)，將稱取的9.154 0 g 餐飲廢油、4.154 0 g 3，4-二氨基甲苯加入到圓底燒瓶中充分溶合后，再加入0.665 4 g(質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%)三氯化鋁作為?；磻?yīng)催化劑，在150 ℃下磁力攪拌進行酰化反應(yīng)3 h，然后采用階梯式升溫法，直至反應(yīng)開始生成水回流，在此狀態(tài)下繼續(xù)反應(yīng)2 h，待冷卻后，經(jīng)減壓蒸餾除去N-甲基吡咯烷酮和水，黑色黏稠狀液體則為苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑2-十七烷基-5-甲基-1H-苯并[d]咪唑。 合成過程見圖1。

圖1 苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的合成路線(Rn 為不同碳鏈長度的烷基)Fig. 1 Schematic illustration of the synthesis of benzimidazole catering waste oil derivatives inhibitors(Rn is an alkyl group with different carbon chain lengths)

1.2 溶液的配制

1.2.1 硫酸鹽還原菌培養(yǎng)液的配制與增殖

硫酸鹽還原菌培養(yǎng)液的配制:分別稱取2.60 g postgate 培養(yǎng)基粉末、0.55 g 乳酸鈉加入到500 mL 蒸餾水中，用玻璃棒攪拌使其充分溶解，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH 值為7，使用錐形瓶進行分裝，再置入壓力蒸汽滅菌器中，121 ℃滅菌20 min，滅菌完成后冷卻至室溫，再放入冰箱冷藏備用。 postgate 培養(yǎng)基成分(g/L)如下:磷酸二氫鉀0.50，氯化銨1.00，硫酸鈉1.00，氯化鈣0.05，六水氯化鎂2.00，酵母提取物1.00，抗壞血酸0.10，巰基乙酸鈉0.10，七水合硫酸亞鐵0.50。

硫酸鹽還原菌培養(yǎng)液的接種與增殖:從冰箱中取出冷藏的液體培養(yǎng)基，置入恒溫水浴鍋中加熱至35℃。 在潔凈工作臺上，用接種環(huán)將購買的硫酸鹽還原菌菌種從固體培養(yǎng)基上刮出，置入加熱完成的液體培養(yǎng)基中，再使用滅菌后的液體石蠟密封，使液體培養(yǎng)基液面與空氣隔絕。 將接種完成的錐形瓶放入恒溫震蕩培養(yǎng)箱中，在30 ℃條件下進行培養(yǎng)。 一段時間后，當(dāng)液體培養(yǎng)基變黑時，則表明硫酸鹽還原菌接種成功。增殖操作是在潔凈工作臺上，用移液槍取5 mL 菌液注入新鮮液體培養(yǎng)基中，再使用滅菌后的液體石蠟密封，其他步驟與接種相同。

1.2.2 腐蝕溶液的配制

腐蝕溶液是利用100 mL 人工海水和10 mL 硫酸鹽還原菌液混合配制的模擬海水溶液，人工海水配方(g/L)如下[9]:NaCl 24.530，MgCl25.200，Na2SO44.090，CaCl21.160，KCl 0.695，NaHCO30.201，H3BO30.027，SrCl20.025，NaF 0.003。 以安全無毒的二甲基亞砜為溶劑，將苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑溶解分散于模擬海水中，稱取不同質(zhì)量的苯并咪唑餐飲廢油衍生物微生物腐蝕抑制劑于2 mL 二甲基亞砜溶劑中，超聲震蕩使其完全溶解，再將其加入模擬海水定容至20 mL，即配制成含有100，200，300，400，500 mg/L 苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的溶液。

1.3 測試分析

1.3.1 緩蝕劑抑菌性能測試

(1)最大可能數(shù)(MPN)法測定菌液中硫酸鹽還原菌數(shù)量 使用MPN 法測定菌液中硫酸鹽還原菌數(shù)量，即使用移液槍取5 mL 菌液注入45 mL 滅菌生理鹽水中，此時菌液稀釋度為10-1；再量取5 mL 稀釋度為10-1的菌液注入45 mL 滅菌生理鹽水中，此時菌液稀釋度為10-2，以此類推，完成菌液的7 個濃度梯度的稀釋。使用移液槍取2 mL 稀釋菌液置于潔凈試管中，每個濃度梯度接種3 管，再注入一定量液體培養(yǎng)基，最后使用滅菌的液體石蠟密封，試管口塞入棉花塞，將試管架置入恒溫培養(yǎng)箱中，在30 ℃條件下培養(yǎng)4 d 后取出，進行計數(shù)。

當(dāng)試管中有黑色沉淀產(chǎn)生，則表明該試管有硫酸鹽還原菌。 按照此依據(jù)，統(tǒng)計出每個濃度梯度的3 根平行試管中存在硫酸鹽還原菌的試管數(shù)。 找出3 管全部存在硫酸鹽還原菌的最大稀釋梯度，再選取該稀釋梯度后的2 個更高的稀釋梯度，利用此3 個稀釋梯度作為指標(biāo)，算出組合指數(shù)，最后查閱標(biāo)準(zhǔn)表即可得出菌液中硫酸鹽還原菌的菌數(shù)。

(2)緩蝕劑抑菌性能測試 由于二甲基亞砜(DMSO)性質(zhì)穩(wěn)定，能與大多數(shù)溶劑互溶，對金屬腐蝕無影響，且不會影響硫酸鹽還原菌的生物活性[10]，故選用DMSO 作為溶劑，將緩蝕劑與菌液均勻混合。

首先利用MPN 法測定原菌液的硫酸鹽還原菌濃度，然后在潔凈錐形瓶中置入99 mL 該菌液，加入1 mL含緩蝕劑的DMSO 搖勻，注入液體石蠟密封，將錐形瓶置入恒溫震蕩培養(yǎng)箱，在30 ℃條件下培養(yǎng)2 h。 取出菌液，利用MPN 法測定抑菌試驗后菌液中硫酸鹽還原菌的濃度，利用公式(1)計算出緩蝕劑的抑菌率:

1.3.2 抑制劑的緩蝕性能測試

(1)失重法 將配制好的100，200，300，400，500 mg/L 含抑制劑溶液加入到20 mL 樣品瓶中，并設(shè)置一組空白試驗。 碳鋼片在使用前先進行稱重，記錄質(zhì)量后將碳鋼片置于20 mL 樣品瓶中，利用恒溫水浴鍋控制溫度為35 ℃進行腐蝕試驗，14 d 后取出碳鋼片，對碳鋼片進行清洗稱重，每組試驗平行測定3 次，測試完成后分別利用以下公式[11]計算平均質(zhì)量損失Δm(g)、腐蝕速率(vcorr)和腐蝕抑制率(ηw，%):

(2)電化學(xué)測試 使用CHI760-E 電化學(xué)工作站進行電化學(xué)阻抗譜(EIS)和動電位極化曲線的測試。 電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)的頻率設(shè)置為1.0×(105～10-2)Hz，振幅設(shè)為0.01 V，將開路電位值(EOCP)設(shè)置成初始電位值。 腐蝕抑制率(ηz)由公式(5)進行計算:

式中:Rct為碳鋼片在含有不同濃度抑制劑的模擬海水中的電荷轉(zhuǎn)移電阻，Ω·cm2；為空白組的電荷轉(zhuǎn)移電阻，Ω·cm2。

動電位極化曲線測試的初始電位和最終電位分別設(shè)置為EOCP+300 mV、EOCP-300 mV，掃描速率設(shè)置為0.5 mV/s。 使用Tafel 外推法獲得腐蝕電流密度(Jcorr)值。 腐蝕抑制率(ηp)由公式(6)進行計算:

(3)掃描電鏡觀察 利用Gemini300 掃描電鏡(SEM)觀察腐蝕前后的Q235 碳鋼片的表面形貌。

1.3.3 苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的分子動力學(xué)模擬分析

利用Materials Studio 5.5 軟件對苯并咪唑餐飲廢油衍生物微生物腐蝕抑制劑在Fe (110)表面的吸附構(gòu)型以及各項吸附性能參數(shù)進行模擬計算。 通過Material studio 中的Visualizer 模塊構(gòu)建Fe 基底的模型圖[12]以及苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 抑制劑以及Fe 基底的初始模型Fig. 2 Initial model diagram of inhibitor and Fe substrate

分子動力學(xué)模擬是通過Forcite 模塊完成的，在進行分子動力學(xué)模擬前對所建的吸附模型進行優(yōu)化，并在模擬前選擇Compass 力場，選擇等溫等壓的NVT 正則系綜，溫度設(shè)置為298 K(25 ℃)，Electrostatic 和van der Waals 均選擇Atom Based。 為保證一定的計算精度，時間步長選擇1 fs，每100 步輸出一幀，總的動力學(xué)模擬時間為50 ps，共50 000 步。

2 結(jié)果與討論

2.1 抑菌性能

表1 為不同濃度的苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑對硫酸鹽還原菌的抑制性能參數(shù)。 由表1 可以看出，苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑在低濃度添加量下就顯示出抑菌性能，且緩蝕劑的抑菌性能隨著緩蝕劑濃度的增加而逐漸增加，當(dāng)緩蝕劑濃度為500 mg/L時，對硫酸鹽還原菌的抑制率可達98.0%，表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑有著良好的抑菌性能。

表1 不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑的抑菌性能參數(shù)Table 1 Bacteriostatic performance parameters of different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivatives inhibitors

2.2 緩蝕性能

2.2.1 失重法

苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加顯著提高了Q235 碳鋼試片在模擬海水中的抗微生物腐蝕性能，隨著抑制劑添加濃度的增加，Q235 碳鋼試片的腐蝕速率在逐漸減小，腐蝕抑制率逐漸增大，當(dāng)抑制劑添加濃度達到500 mg/L 時，腐蝕抑制率達到了91.95%，如表2 所示。 這是由于苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑的苯環(huán)上豐富的π 電子以及咪唑雜環(huán)上N 的孤對電子提供了許多吸附位點使得抑制劑分子在Q235 碳鋼試片表面形成了防護膜，從而有效阻止了模擬海水對Q235碳鋼試片的腐蝕。

表2 在35 ℃下，碳鋼試片在不存在和存在不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中浸泡14 d 的腐蝕參數(shù)Table 2 Corrosion parameters of carbon steel test pieces immersed in simulated seawater solution in the absence and presence of different concentrations of benzimidazole wastecatering oil derivative inhibitor for 14 days at 35 ℃

2.2.2 電化學(xué)性能測試

(1)開路電位 開路電位作為腐蝕體系的熱力學(xué)性質(zhì)，表明金屬對溶解在腐蝕介質(zhì)中的緩蝕劑的敏感性。 在存在緩蝕劑的情況下，開路電位的正向位移表示緩蝕劑的吸附降低了金屬表面在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕趨勢[4]。 苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加使得腐蝕體系的開路電位正移，如圖3 所示，這表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加減緩了Q235 在模擬海水中的腐蝕，且隨著抑制劑添加濃度的不斷增大，開路電位正移的程度也隨之增大，這可以歸因于抑制劑在Q235 碳鋼試片表面吸附膜的增厚給Q235 碳鋼片提供了更大的防護作用。

圖3 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的開路電位Fig. 3 Open circuit potential diagrams of carbon steel test pieces in simulated seawater solution without and with different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivative inhibitors

(2)電化學(xué)交流阻抗譜 在有無苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的情況下，Nyquist 譜的形狀沒有明顯變化，都呈現(xiàn)出單一分離的扁平容抗弧，如圖4a 所示。這表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加不會改變Q235 碳鋼片的腐蝕機理[13]。 平坦的半圓形阻抗譜表明，腐蝕行為主要受電荷轉(zhuǎn)移過程的影響[14]。 在添加了苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的情況下，圓弧的直徑明顯大于空白組的，這表明添加苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑可以有效抑制Q235 碳鋼片在模擬海水中的腐蝕。 此外，隨著抑制劑濃度的增加，直徑進一步增加，表明腐蝕抑制效率隨著抑制劑添加濃度的增加而提高。

另外，如圖4b 所示，尖銳的單峰相角曲線表明體系受界面/電極反應(yīng)所導(dǎo)致的電荷轉(zhuǎn)移電阻所控制；最低頻率下的阻抗模量隨苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑濃度的增加而增加，lg ｜Z｜和lgf之間觀察到極好的線性關(guān)系，斜率接近-1，顯示出典型的電容行為，這表明緩蝕劑分子在Q235 碳鋼上形成了吸附層，且吸附層的厚度隨著抑制劑添加濃度的增加而增厚，有效地抑制了模擬海水對Q235 碳鋼的腐蝕。

圖4 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的Nyquist 和Bode 譜Fig. 4 Energyquist plots of carbon steel test pieces in simulated seawater solution without and with different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivatives inhibitor

為了更好地研究抑制劑的腐蝕抑制行為，利用Zview 軟件對電化學(xué)交流阻抗數(shù)據(jù)進行擬合。 圖5 為碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的等效電路，圖中Rs為模擬海水的溶液電阻，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，CPE為恒相元件，用來代替EIS 測試中的雙層電容(Cdl)，使得擬合的電化學(xué)數(shù)據(jù)更加貼近實際腐蝕環(huán)境[15]。 擬合的電化學(xué)數(shù)據(jù)列于表3。 如表3 所示，隨著抑制劑添加濃度的增加，Rct的值顯著增加，腐蝕抑制率隨之增加。 在500 mg/L 的抑制劑添加濃度下腐蝕抑制率可達83.76%。 此外，CPE比例參數(shù)Y0的值也顯著降低，這可能是由于局部介電常數(shù)的降低和雙電層電容器厚度的增加。 一方面，由于抑制劑分子的介電常數(shù)小于H2O的介電常數(shù)，抑制劑分子吸附可以有效降低局部介電常數(shù)值。 另一方面，抑制劑分子的體積明顯大于H2O分子的體積。 因此，抑制劑在Q235 碳鋼/溶液界面上的吸附導(dǎo)致雙電層電容器厚度的增加。 根據(jù)以上分析，苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑在金屬表面的吸附程度隨添加濃度的增加而增加，并通過在金屬/溶液界面的吸附作用形成保護膜，從而阻礙了電荷轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生，進一步提高了Q235 碳鋼在模擬海水中的耐腐蝕性能。

圖5 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的等效電路Fig. 5 Equivalent circuit diagrams of carbon steel test pieces in simulated seawater solution without and with different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivatives inhibitor

表3 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的EIS 參數(shù)Table 3 EIS parameters of carbon steel test pieces in simulated seawater solution without and with different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivative inhibitors

(3)動電位極化曲線 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的動電位極化曲線見圖6，擬合參數(shù)見表4。 隨著抑制劑添加濃度的增加，腐蝕電流密度降低，腐蝕抑制效率顯著提高，證明了添加苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑有效抑制了Q235 碳鋼在模擬海水中的腐蝕反應(yīng)；抑制劑的添加使得腐蝕電位正移，這表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物為抑制陽極型抑制劑；同時βa和βc的變化不大，表明添加苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑不會改變Q235 碳鋼的腐蝕機理[16]。 這與前面的試驗結(jié)果一致。

表4 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的極化曲線擬合參數(shù)Table 4 Polarization curve parameters of carbon steel test pieces in simulated seawater solution without and with different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivative inhibitors

圖6 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的動電位極化曲線Fig. 6 Potentiodynamic polarization curves of carbon steel specimens in simulated seawater solution without and with different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivative inhibitors

2.2.3 腐蝕形貌

圖7 為碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的SEM 形貌。

圖7 碳鋼試片在不添加和添加不同濃度苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的模擬海水溶液中的SEM 形貌Fig. 7 Scanning electron microscope images of carbon steel test pieces in simulated seawater solution without and with different concentrations of benzimidazole catering waste oil derivatives inhibitors

如圖7 所示， 在沒有苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑添加下，碳鋼片遭受了嚴(yán)重的腐蝕， 且全面腐蝕與局部孔蝕同時發(fā)生。 孔蝕的主要原因是硫酸鹽還原菌的附著以及模擬海水中氯離子的存在。 隨著苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加，碳鋼片的腐蝕情況逐漸減輕，當(dāng)抑制劑的添加濃度達到500 mg/L 時，碳鋼片表面幾乎無腐蝕情況發(fā)生，這表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑具有優(yōu)異的腐蝕抑制性能，可以很好地阻止碳鋼片在模擬海水中的腐蝕。

2.3 分子動力學(xué)模擬分析

為了更好了解苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑的緩蝕機理，對苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑在Fe(110)表面的吸附行為進行了分子動力學(xué)模擬分析。

2.3.1 體系的平衡

分子動力學(xué)模擬過程中體系的各個能量變化可作為體系達到平衡狀態(tài)的依據(jù)。 體系的勢能、動能、非鍵作用能和總能量隨時間變化呈現(xiàn)周期性變化趨勢，這表明分子動力學(xué)模擬體系已達到平衡狀態(tài)，如圖8 所示。

圖8 苯并咪唑餐飲廢油衍生物分子在Fe (110)表面吸附的能量曲線Fig. 8 Energy curve of adsorption of benzimidazole catering waste oil derivatives inhibitors on Fe (110) surface

2.3.2 分子動力學(xué)模擬結(jié)果

抑制劑分子在Fe (110)表面呈現(xiàn)水平吸附構(gòu)型，分子中的活性位點與Fe 形成吸附使得分子能夠牢牢地水平吸附在Fe (110)表面，如圖9 所示，此種吸附構(gòu)型更利于抑制劑分子在金屬表面形成牢固的吸附保護層[17，18]。 通常情況下，金屬基材上吸附層的強度取決于所研究的分子與金屬表面之間形成的鍵的性質(zhì)，徑向分布函數(shù)(RDF)的模擬結(jié)果可用于檢測化學(xué)、物理或兩者兼并的成鍵類型[19，20]。 苯并咪唑環(huán)中的苯環(huán)骨架、C＝N 以及C-N 中的氮原子與Fe (110)之間的RDF函數(shù)值都在0.10～0.35 nm 的范圍之內(nèi)，如圖10 所示。這表明抑制劑分子與Fe (110)表面形成的是化學(xué)吸附，化學(xué)吸附的鍵型表明抑制劑分子在金屬表面的吸附層緊密牢靠，理論上可體現(xiàn)出抑制劑分子優(yōu)異的緩蝕性能。相互作用能Einteraction和結(jié)合能Ebinding可分別用來描述緩蝕劑分子與Fe (110)表面的相互作用與吸附能力，Einteraction和Ebinding分別通過以下公式計算得到[21，22]:

圖9 苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑在Fe (110)表面的吸附構(gòu)型圖Fig. 9 Adsorption configuration diagram of benzimidazole waste catering oil derivative inhibitor on Fe (110) surface

圖10 抑制劑分子各個基團與Fe (110)表面的RDF 函數(shù)圖Fig. 10 RDF function diagram of each group of inhibitor molecule and Fe (110) surface

苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑分子在Fe (110)上的相互作用能Einteraction為-698.364 kJ/mol，為較高的負值。 這表明該分子的原子與金屬表面的鐵原子之間的相互作用較強烈[23]，結(jié)合能Ebinding為698. 364 kJ/mol，較高的正值說明抑制劑分子與金屬表面的鐵原子之間的吸附能力較強。 綜上所述，通過對能量參數(shù)的分析可以證明苯并咪唑餐飲廢油衍生物緩蝕劑分子可以很好地吸附在Fe 表面形成一層防護膜，從而有效減緩腐蝕介質(zhì)對Fe 的腐蝕作用。

3 結(jié) 論

(1)失重法試驗結(jié)果表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加，能有效減緩Q235 碳鋼片在模擬海水中的腐蝕，當(dāng)抑制劑添加量為500 mg/L 時，腐蝕抑制率可達91.95%。

(2)電化學(xué)測試結(jié)果表明隨著苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加，開路電位正移，腐蝕電流減小，電荷轉(zhuǎn)移電阻增大，這表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加有效抑制了碳鋼片在模擬海水溶液中的腐蝕，同時電化學(xué)測試表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加不會改變Q235 碳鋼片的腐蝕機理，且腐蝕行為主要受電荷轉(zhuǎn)移過程的影響。

(3)掃描電鏡測試表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑的添加有效抑制了碳鋼片在模擬海水溶液中發(fā)生的全面腐蝕和微生物孔蝕。

(4)分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑分子在Fe (110)表面為水平吸附構(gòu)型；RDF 函數(shù)計算結(jié)果表明抑制劑分子與Fe (110)表面的Fe 原子形成的是化學(xué)吸附；能量計算結(jié)果表明抑制劑分子能較好地吸附在Fe (110)表面形成一層防護膜。模擬計算結(jié)果從理論上佐證了苯并咪唑餐飲廢油衍生物抑制劑具有優(yōu)異的抗微生物腐蝕性能。