油菜叶提取物对金属铝的缓蚀作用_许雯婷.pdf

以油菜叶提取物（RLE）作为缓蚀剂，用红外光谱测定油菜叶提取物的官能团结构组成，通过失重法、显微镜法以及建立吸附模型来探究油菜叶提取物对金属铝材料在盐酸和氢氧化钠溶液中的缓蚀性能，研究了植物提取物浓度对缓蚀作用的影响规律。结果表明：油菜叶提取物对金属铝的缓蚀效率随着油菜叶提取物浓度增加而增大，且油菜叶提取物在金属铝表面的吸附符合Langmuir等温吸附式。该研究为探索金属铝在酸性及碱性环境中的防护措施提供参考依据。关键词：缓蚀剂；油菜叶提取物；铝；盐酸；氢氧化钠基金项目：安徽省高校科学研究项目（KJ2021A1447）收稿日期：2022-02-22 文章编号：1674-7852（2023）03-0005-04作者简介：许雯婷，讲师，硕士，研究方向：材料腐蚀与防护。铝是生产生活中较为常见的一种活泼金属，具有密度小、光洁度高、导热导电性能良好等优点，1在生活中存在诸多用途，例如航空航天、车辆机械、化学工业等。铝在空气中易氧化形成一层氧化铝薄膜，具有一定程度的耐腐蚀性能，但是在酸性环境中氧化铝薄膜会发生破裂，进而被腐蚀。铝是一2种两性金属，会被碱性介质腐蚀。缓蚀剂是一种加入到腐蚀介质中能明显抑制金属腐蚀的化学物质，只需少量或微量就能达到显著的效果，因其具有普适性、成本低、工序简单等特点，在防腐技术中应34用较多。化学品缓蚀剂具有较好的缓蚀性能、耐酸度、抗高温的优势，在防腐技术中应用最广。化学品缓蚀剂存在毒性大、污染环境的局限性，因此从植物中提取并制备高效、环保、可降解的缓蚀剂已成为缓蚀剂领域研究的重点。油菜属十字花科芸薹属植物，在我国广泛种植，其叶片中含有大量的黄酮类化合物、生物活性多5糖以及其他有效成分，如酚酸类化合物、萜类内酯、特种氨基酸、蒽醌类化合物等。但目前关于其应用主要集中在营养成分的研究，而对其应用于金属缓蚀作用方面的研究鲜有报道。本研究采用失重法研究了油菜叶提取物对金属铝在酸性溶液以及碱性溶液的缓蚀作用，并拟合出吸附等温式，讨论了其吸附行为，为进一步将油菜叶提取物作为酸性介质和碱性介质中的植物缓蚀剂的研发提供依据。Corrosion Inhibition Effect of the Rape Leaf Extract on Metal AluminumXU Wenting,DONG Qingli,HE Yulan,ZHANG Xiaoqing（School of Environment and Life Health,Anhui Vocational&Technical College,Hefei 230011）Abstract:Rape leaf extract(RLE)was prepared as corrosion inhibitor,and its functional group structure was determined by infrared spectrum(FTIR).The corrosion inhibition effect of RLE on metal aluminum in hydrochloric acid and sodium hydroxide solution was investigated by means of weight loss method,microscope method and adsorption model.The effect of plant extract concentration on corrosion inhibition was also studied.The results showed that inhibitive performance increased continuously with the increase of RLE concentration.The adsorption of RLE on aluminum surface was in accordance with Langmuir adsorption isotherm.This study provides a reference for exploring the protective measures of aluminum in acidic and alkaline environments.Key words:corrosion inhibitor;rape leaf extract;aluminum;hydrochloric acid;sodium hydroxide吉林农业科技学院学报第 32 卷61 材料与方法2 结果与分析1.1 试验材料1.2 试验方法2.1 碱性环境中RLE对铝的缓蚀作用1 材料与方法1.1 试验材料铝片（上海亮柏贸易有限公司），规格20.0 mm20.0 mm0.50 mm，其中各化学元素组成及百分含量分别为Mn 1.0%1.5%、Si 0.6，Zn 0.1%、Cu 0.050.2%、Fe 0.7%，其余元素为Al。盐酸（HCl）、氢氧化钠（NaOH）、无水乙醇（C H OH），纯度均为分析纯，均购于上海振企化学试剂有25限公司。FTIR测试仪器为NICOLET iS10红外光谱仪（美国Thermo Nicolet公司），将少量油菜叶提取物-1（RLE）粉末研磨均匀，加入KBr混合压片进行测试，测试所选择的波数范围为4004 000 cm。1.2 试验方法1.2.1 油菜叶提取物的制备及FTIR表征 将新鲜油菜叶分别用清水、蒸馏水清洗晾干水珠后剪碎放入大烧杯中，加入去离子水煮沸4 h后过滤，取滤液继续煮沸浓缩至20 mL，将浓缩液在电热鼓风干燥箱中80 恒温干燥12 h得棕黄色固体，研磨后将棕黄色粉末密封保存备用。1.2.2 失重法 将铝片分别用400目、800目、1 200目、2 000目砂纸逐级打磨至镜面光亮，先用蒸馏水和无水乙醇洗涤，再用蒸馏水清洗，置于干燥箱中烘干后密封保存备用。然后分别在碱性和酸性环境中对RLE的缓蚀作用进行失重试验。碱性环境：将打磨好的铝片用电子天平称重后，分别全浸静置于不含RLE，含0.125、0.250、0.375、0.500、0.625 g/L RLE的1 mol/L NaOH溶液中，恒温25 浸泡1.5 h后取出，蒸馏水冲洗后用无水乙醇去脂，吹干后称重，得出铝片腐蚀浸泡前后的质量差（g）。酸性环境：将打磨好的铝片用电子天平称重后，分别全浸静置于不含RLE，含0.25、0.50、0.75、1.00、1.25 g/L RLE的1 mol/L HCl溶液中，恒温25 浸泡1.5 h后取出，蒸馏水冲洗后用无水乙醇去脂，吹干后称重，得出铝片腐蚀浸泡前后的质量差（g）。RLE缓蚀率w（%）。式中，m 为铝片在不含RLE的腐蚀介质中的质量差（g），m为0铝片在含有RLE的腐蚀介质中的质量差（g）。1.2.3 腐蚀形貌观察 碱性环境腐蚀形貌观察：将铝片表面预处理后，恒温25 分别浸于不含RLE，含0.125、0.625 g/L RLE的1 mol/L NaOH溶液中，浸泡1.5 h后取出立即用蒸馏水对铝片表面进行清洗除污，冷风吹干后用显微镜对铝片表面形貌进行表征。酸性环境腐蚀形貌观察：将铝片表面预处理后，恒温25 分别浸于不含RLE，含0.25、1.25 g/L RLE的1 mol/L HCl溶液中，浸泡1.5 h后取出立即用蒸馏水对铝片表面进行清洗除污，冷风吹干后用显微镜对铝片表面形貌进行表征。2 结果与分析2.1 碱性环境中RLE对铝的缓蚀作用2.1.1 失重法测试碱性环境中RLE对铝的缓蚀作用 由表1可知，在1 mo/L NaOH溶液中，随着缓蚀剂RLE浓度增加，缓蚀率w不断增大，缓蚀效果不断增强。当RLE浓度为0.500 g/L时，缓蚀率超过90%。当RLE浓度为0.625 g/L时，缓蚀率达到92.85%。综上，RLE对1mo/L NaOH溶液中金属铝的腐蚀有明显的抑制效果。m-m0m0=表1 1 mol/L NaOH溶液中不同浓度RLE对缓蚀率的影响RLE浓度/(g/L)缓蚀率w/%0.1250.2500.3750.5000.62562.4886.1288.8690.7192.852.1.2 表面腐蚀形貌分析碱性环境中RLE对铝的缓蚀作用 表面预处理后的铝片，恒温25 在碱性环境中1.5 h后表面腐蚀形貌如图1所示。由图1a可知，在不含RLE的1 mo/L NaOH溶液中，铝片试样表面凹凸不平，表明发生了严重的腐蚀；由图1b可知，在碱性溶液中加入0.125 g/L RLE后，铝片表面变得平整，表明加入RLE后，由于缓蚀剂的存在，减缓了NaOH对铝的腐蚀；由图1c可知，加入RLE的浓度增加到0.625 g/L时，铝片腐蚀程度更低，说明碱性环境下，RLE对金属铝的缓蚀效率随着浓度的增加而增大。第 3 期72.2 酸性环境中RLE对铝的缓蚀作用2.2 酸性环境中RLE对铝的缓蚀作用2.2.1 失重法测试酸性环境中RLE对铝的缓蚀作用 由表2可知，随着缓蚀剂RLE浓度增加，缓蚀率w不断增大，缓蚀效果不断增强。当RLE浓度为1.25 g/L时，缓蚀率超过90%。综上，RLE对1mo/L HCl溶液中金属铝的腐蚀有明显的抑制效果。许雯婷，等：油菜叶提取物对金属铝的缓蚀作用2.3 红外光谱分析2.2.2 表 面 腐 蚀 形 貌 分 析 酸 性 环 境 中RLE对铝的缓蚀作用 表面预处理后的铝片，恒温25 在酸性环境中1.5 h后腐蚀表面形貌如图2所示。由图2a可知，在不含RLE的1 mo/L HCl溶液中，铝片试样表面凹凸不平，表明发生了严重的腐蚀；由图2b可知，在酸性溶液中加入0.25 g/L RLE后，铝片表面变得平整，表明RLE对铝在HCl溶液中的腐蚀抑制作用良好；由图2c可知，加入RLE的浓度增加到1.25 g/L时后，铝片腐蚀程度更低，说明酸性环境下，RLE对金属铝的缓蚀效率随着浓度的增大而增大。2.3 红外光谱分析-1由图3可知，3 414.35 cm 处有一个强吸收宽峰，为羧基-COOH伸缩振动和O-1H伸缩振动2个峰的叠加；2 938.02 cm 处为6-1 亚甲基-CH 不对称伸缩振动；1 616.05 cm2为强而尖的吸收峰对应附近为C=O伸缩振7-1动；1 383.67 cm 处为C-H的各种面内弯曲8-1振动；1 077.05 cm 处为C-O-C的反对称伸6-1缩振动；1 000 cm 以下的吸收峰为苯环或9杂 芳 环 的 取 代 指 纹 区。红 外 分 析 结 果表明，RLE中含有大量氧原子功能性基团（-COOH、O-H、C=O、C-O），即油菜叶提取物中含有大量O原子，O原子的孤对电子可与Al的空p轨道发生配位作用而吸附在Al的表面，从而形成腐蚀抑制膜层，进而有效抑制Al腐蚀，所以RLE在对Al腐蚀起到10了良好的缓蚀作用。处RLE浓度/(g/L)缓蚀率w/%0.250.500.751.001.2571.3574.4484.9388.23190.03表 2 1 mol/L HCl溶液中不同浓度RLE对缓蚀率的影响注：a未添加RLE，b RLE浓度为0.125 g/L，c RLE浓度为0.625 g/L。图1 碱性溶液中铝表面腐蚀形貌表征注：a未添加RLE，b RLE浓度为0.25 g/L，c RLE浓度为1.25 g/L。图2 酸性溶液中铝表面腐蚀形貌表征3G=-RT1n(110 K)2.4 油菜叶提取物在铝片表面的吸附模型2.4 油菜叶提取物在铝片表面的吸附模型为探究RLE在铝片表面的吸附作用，对失重法试验数据进行吸附等温式拟合，发现Langmuir吸附等温式拟合线性相关最好，在碱性溶液中拟合结果如图4所示，在酸性溶液中拟合结果如图5所示，Langmuir吸附等温线和吸附热力学参数如表3所示。Langmuir吸附等温式拟合公式为 ，标准吉布斯自由能 。式中，c为RLE浓度（g/L）；K为吸附平衡常数（L/g）；为表面1覆盖度，可用缓蚀率w代替；R为气体常数（8.314 KJ/mol）；T为热力学温度（K）。1 100 m100 m100 m100 m100 m100 m353025201510504 0003 5003 0002 5002 0001 5001 000500-1波数/cm3 414.352 938.021 616.051 383.671 077.05605.06471.51透光率/%图3 油菜叶提取物的红外光谱C=1K+CC表3 Langmuir吸附等温线和吸附热力学参数腐蚀介质NaOH0.995 2相关系数r0.994 9HCl斜率0.965 61.014 8截距0.065 10.124 1吸附平衡常数K/(L/g)101.528.06G/(kJ/mol)-28.58-22.30由图4和图5可知，在HCl溶液或NaOH溶液中，和c均具有较好的直线关系。由表3可知，腐蚀介质为NaOH或HCl时，其线性相关系数和直线斜率均接近1，表明在HCl溶液或NaOH溶液中，RLE在金属铝表面的吸附均符合Langmuir吸附等温式，即RLE在金属铝表面形成了吸附膜层，有效保护了酸或碱对金属铝表面的腐蚀。腐蚀介质为NaOH或HCl时，其标准吸附自由能（G）计算结果均为负值，表明RLE自发吸附于铝表面，绝对值均在2040 kJ/mol，说明在酸性溶液或碱性溶液中RLE的吸附行为是物理吸附和化学吸附相结合的吸附类型。吉林农业科技学院学报第 32 卷83 结 论参考文献：3 结 论油菜叶提取物（RLE）对HCl溶液或NaOH溶液中浸泡的金属铝具有明显的缓蚀作用，缓蚀率随着RLE浓度增加而增加，在NaOH溶液中RLE浓度为0.625 g/L时缓蚀率达到92.85%，在HCl溶液中RLE浓度为1.25 g/L时缓蚀率达到90.03%。在HCl溶液或NaOH溶液中，油菜叶提取物对金属铝的吸附均符合Langmuir吸附等温方程，吸附过程为物理吸附和化学吸附相结合的吸附过程。参考文献：1 彭灿,刘雨薇,郭明晓,等.纯铝1060在中国南沙群岛严酷海洋大气中的腐蚀以及点蚀行为J.中国有色金属学报,2022,32(2):13-19.2 Krishnan M A,Raja V S.Development of high strength AA7010 aluminum alloy resistant to environmentally assisted crackingJ.Corrosion Science,2016,109:94-100.3 Raja P B,Ismail M,Ghoreishiamiri S,et al.Reviews on corrosion inhibitors:A short viewJ.Chemical Engineering Communications,2016,203:1 145-1 156.4 冯丽娟,李法君,郑兴荣,等.绿色植物缓蚀剂的发展与展望J.北方园艺,2018(18):157-164.5 李培武,丁小霞,赵永国,等.油菜叶片中硫甙总量与分量测定方法研究J.分析测试学报,2009,25(4):117-120.6 Li X H,Deng S D,Fu H,et al.Inhibition by tween-85 of the corrosion of cold rolled steel in 1.0 M hydrochloric acid solutionJ.Journal of Applied Electrochemistry,2009,39(7):1 125-1 135.7 Bahrami M J,Hosseini S M A,Pilvar P.Experimental and theoretical investigation of organic compounds as inhibitors for mild steel corrosion in sulfuric acid mediumJ.Corrosion Science,2010,52(9):2 793-2 803.8 Srikanth A P,Sunitha T G,Raman V,et al.Synthesis,characterization and corrosion protection properties of Poly(N-(acryloyloxymethyl)benzotriazole-co-glycidyl methacrylate)coatings on mild steelJ.Materials Chemistry and Physics,2007,103(2-3):241-247.9 李向红,邓书端,付惠.滑竹叶提取物在盐酸介质中对铝的缓蚀性能J.应用化学,2012,29(8):962-968.10 雷然,石成杰,黎世美,等.荞麦提取物对铝在HCl溶液中的缓蚀作用J.应用化工,2022,51(5):1 272-1 278.11 何文涛,方晶,梁小龙,等.生姜提取物对Q235钢在盐酸溶液中的缓蚀作用J.安徽工业大学学报(自然科学版),2022,39(1):15-20.责任编辑:吴 迪0.70.60.50.40.30.20.10.20.30.40.50.60.7（g/L）C/RLE浓度/（g/L）图4 1 mol/L NaOH溶液中Langmuir吸附等温线1.41.21.00.80.60.40.20.40.60.81.01.21.4（g/L）C/RLE浓度/（g/L）0.2图5 1 mol/L HCl溶液中Langmuir吸附等温线