冬凌草茎提取物的制备及其阻垢缓蚀性能研究.pdf

第 卷 第 期化 学 研 究 年 月 冬凌草茎提取物的制备及其阻垢缓蚀性能研究张 攀，李冬伊，吕小改，刘泽宇，许 英，（郑州工业应用技术学院 药学与化学工程学院，河南 郑州；河南大学附属中学，河南 开封；河南大学 化学与分子科学学院，河南 开封）收稿日期：基金项目：河南省高等学校重点科研项目（）；河南省科技攻关项目（）作者简介：张攀（），女，助教，研究方向为天然绿色水处理剂。通信作者，：摘 要：以中药废弃物冬凌草茎为原料，采用超声辅助水浸渍法制备冬凌草茎提取物（），用红外光谱（）对其进行表征。通过静态阻垢法以及电化学法讨论 的阻垢与缓蚀性能与作用机制。结果表明，具有优秀的阻垢性能以及良好的缓蚀性能，尤其对温度具有较好的适应性。在 ，浓度为 时，阻、垢效率均可以达到；当温度升至 时，阻 垢效率依然可达。在 体系中，其缓蚀率可以达到，的极化曲线阴阳两级降低趋势均随着 浓度增加而增大，其中阴极极化曲线移动较明显，说明 是一种阴极为主的混合型缓蚀剂。关键词：冬凌草茎；阻垢性能；缓蚀性能中图分类号：文献标志码：文章编号：（）（），（），；，：；在工业循环冷却水系统中面临的重大问题之一就是管道结垢和腐蚀问题，为了达到保护管道的目的，人们通常在工业循环水中加入工业水处理剂来抑制结垢腐蚀。由于大多数化学合成的水处理剂存在生物降解性低、易对环境造成污染等问题使其应用与发展受到限制。研究发现，植物提取物中的酚类、黄酮类、多糖类等化学成分都具有抑制碳钢腐：化学研究，（）：化 学 研 究 年蚀和抑制水垢生成的良好性能，且植物提取物获得成本低、高效易降解，符合当代倡导的绿色环保、生态发展的理念。对倒根草进行提取制备天然植物型阻垢剂，实验证明倒根草提取物对碳酸钙阻垢率可以达到，其中的羧基、酯基和醚键等起到主要的阻垢作用。对橄榄叶进行提取制备天然阻垢剂，通过实验发现橄榄叶提取物的阻垢性能与其浓度成正比，对 阻垢率可达。张富从空心莲子草中得到提取物（），发现在 溶液，的条件下，提取物 对冷轧钢的的缓蚀率为，其缓蚀效果较为显著。冬凌草为唇形科灌木植物，多生长在中原山区，产量较多。冬凌草在入药或茶饮时一般都是采用纯叶，而茎就会被丢弃作为废弃物处理。而冬凌草茎中含有冬凌草碱、胡麻素、熊果酸、香草酸和糖类物质，这些成分中含有丰富的羟基、羧基、氨基以及含氧杂原子，采用水浸渍法提取冬凌草茎的有效成分，用作天然植物型水处理剂具有阻垢缓蚀的潜在价值。实验部分 实验试剂 无水氯化钙（，天津市北辰方正试剂厂）、硼砂（，天津市北辰方正试剂厂）、碳酸氢钠（，天津市大茂化学试剂厂）、无水硫酸钠（，福辰（天津）化学试剂有限公司）、氢氧化钾（，西陇科学股份有限公司）、硫酸（纯度）、钙羧酸指示剂（，北京市科密欧化学试剂有限公司）和乙二胺四乙酸二钠（，国药集团化学试剂有限公司）。制备采用超声辅助水浸渍法制备提取物。将冬凌草茎的泥土洗净晾干，使用粉碎机将其粉碎成粉末，装入广口瓶中备用；在圆底烧瓶中加入冬凌草茎粉末和去离子水（料液比为 ），搅拌均匀后超声 ；在 的水浴条件下提取 ，取出放至室温，利用真空抽滤，获得滤液；在恒温 的条件下，使用鼓风干燥烘箱烘干后称重，得到。测试分析 静态阻垢实验 根据国家标准及相关文献，采用静态阻垢法探究 对、垢的阻垢性能。用硼砂、分别配制出阻 垢试液和阻 垢试液，在指定的水浴条件下，设置空白组和加入 的试样组反应一段时间后，用 测定其加热后的 浓度，计算出 阻、钙垢的阻垢率，评价 的阻垢性能。电化学测试实验本文采用电化学测量法对 的缓蚀性能进行测定。在电化学三电极体系中，饱和甘汞电极、铂电极分别为参比电极和辅助电极，采用 碳钢电极（表面积为 ）为工作电极，以 硫酸作为介质对 的电化学缓蚀性能测定。结果与分析 红外光谱分析 使用 傅立叶变换红外光谱仪对提取的 进行红外检测，使用 压片法对烘干后的 进行制样。结果如图 所示，或的伸缩振动吸收峰出现在 处，的伸缩振动吸收峰和面内弯曲振动吸收峰分别对应在 和 处，的弯曲振动的特征吸收峰在 处，在 处出现的吸收峰对应于 和 的伸缩振动。通过红外光谱分析，结果表明提取物中包含、等活性官能团。图 的红外光谱 不同浓度 的阻垢性能 不同浓度 的阻碳酸钙垢性能 在恒温水浴 条件下，测得不同浓度的 对碳酸钙垢的阻垢效果如图 所示，可以看出 的阻碳酸钙垢效率随着其浓度增加而不断升高，浓度为 时阻碳酸钙垢效率为；浓度增到 时阻碳酸钙垢效率升至。说明 浓度与阻垢率成正相关，可能是提取物浓度增加，含有的羧基、羟基等官能团数量随之增加，增：化学研究，（）：第 期张 攀等：冬凌草茎提取物的制备及其阻垢缓蚀性能研究 强了 对 的螯合作用，进而有效阻止 的沉积达到了更好的阻垢效果。图 不同浓度 的阻碳酸钙垢性能 不同浓度 的阻硫酸钙垢性能 在恒温水浴 条件下，用静态阻垢法测得不同浓度的 对阻 垢性能的影响如图 所示，当阻硫酸钙垢效率为 时，浓度需要达到 ；当阻硫酸钙垢效率提升为 时，浓度需要增到 。根据数据可以看出，的阻 垢效率较好，其浓度在 以内阻硫酸钙垢效率可达到，是由于 在水中电离出了羧基、羟基等阴离子，吸附在硫酸钙垢表面增加了颗粒之间的静电斥力进而实现通过减少颗粒沉积达到阻垢的目的。图 不同浓度 的阻硫酸钙垢性能 不同温度下 的阻垢性能在循环冷却水体系中，温度和阻垢剂的阻垢性能密切相关。一般情况下，在温度较低时，离子碰撞结合生成钙垢的概率较少；当温度较高的时候，离子碰撞结合概率增大，钙垢的沉积量随之增加。因此，测定温度对阻碳酸钙垢性能的影响可以作为评价阻垢剂性能的一个重要依据。温度对 阻碳酸钙垢性能的影响在 浓度为 时，探究不同温度对 阻碳酸钙垢效率的影响（如图 所示），可以看出随着温度的升高 阻碳酸钙垢效率会不断降低。阻碳酸钙垢效率 时对应的温度为 ；当温度升至 时，阻碳酸钙垢效率为；当温度升至 时，阻垢率降至，说明 对阻碳酸钙垢具有较好的耐温性。图 温度对 阻碳酸钙垢性能的影响 温度对 阻硫酸钙垢性能的影响在 浓度为 时，测定不同温度对 阻硫酸钙垢效率的影响如图所示，随着温图 温度对 阻硫酸钙垢性能的影响 ：化学研究，（）：化 学 研 究 年度的升高 阻硫酸钙垢效率不断降低。当温度为 时，的阻硫酸钙垢效率为；阻硫酸钙垢率在温度升高至 时会降低至。温度由 升高至 时，阻垢率减少了，这是随着温度升高，与 结合成硫酸钙垢的速率加快，导致 的阻硫酸钙垢效果变差。的缓蚀性能分析 动电位极化测量 在 体系中，工作电极在恒温 条件下的极化曲线如图 所示，极化参数、和 等如表 所示。由图 可知，在加入 后电极两侧的极化曲线均低于空白组，且阴阳两极降低趋势均随着 浓度增加而增大，这说明 抑制阳极腐蚀溶解的同时，也抑制了阴极析氢，提取物 为混合型缓蚀剂。据图可知阴极极化曲线相对于阳极下降的趋势更加明显，这说明提取物 主要以抑制阴极作用为主。由表 可知，在加入不同浓度的 后自然腐蚀电位 均在 以内，表明在碳钢表面形成了具有缓蚀作用的保护层，且 值随着 浓度增加而不断降低，缓蚀率不断增大，说明提取物 对碳钢电极的缓蚀效果与其浓度成正比。综上可知 属于以阴极为主的混合抑制型缓蚀剂。图 对碳钢电极在 中的极化曲线 表 对碳钢在 溶液中的极化参数 （）（）（）（）（）冬凌草茎 电化学阻抗测试在 体系中，工作电极在恒温 条件下的电化学阻抗谱图如图 所示。图 中每个浓度对应的阻抗谱图形状均是压扁的半圆形，其直径随着 的浓度升高而增大，服从 的顺序，说明电荷转移的电阻增大，碳钢电极在硫酸中的腐蚀程度随着 浓度的增大而降低，起到了缓蚀作用，特别是 浓度为 时，缓蚀率达到，缓蚀效果优于许多天然型缓蚀剂。结论）具有较好的阻 垢、垢性能，的浓度与其阻垢率呈正相关性，当 浓度为 时，的阻碳酸钙垢效率可图 对碳钢电极在 中的阻抗谱图 达；当 浓度为 时，其阻硫酸钙垢效率达到。：化学研究，（）：第 期张 攀等：冬凌草茎提取物的制备及其阻垢缓蚀性能研究）的阻碳酸钙垢性能具有较好的温度稳定性，温度升至，浓度为 时，阻碳酸钙垢效率仍可达；当温度升至 ，浓度为 时，阻硫酸钙垢效率。）在 体系中，可以在碳钢表面形成具有缓蚀作用的保护层，是一种以阴极为主的混合型缓蚀剂，其缓蚀效率随着 浓度增大而增大，浓度为 时，缓蚀率可以达到。参考文献：，（）：，：，（）：张富，李向红 空心莲子草提取物对冷轧钢在 溶液中的缓蚀性能 腐蚀与防护，（）：，（）：，（）：冯卫生，李红伟，郑晓珂，等 冬凌草化学成分研究进展 中国新药杂志，（）：，（）：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 水处理剂阻垢性能的测定 碳酸钙沉积法：北京：中国标准出版社，：，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 水处理剂阻垢性能的测定 磷酸钙沉积法：北京：中国标准出版社，：，姜亚玲，吕小改，岑世宏，等 聚天冬氨酸（氨甲基）吡啶的制备及其阻垢缓蚀协同性能研究 化学研究，（）：，（），（）：李冬伊 天然型缓蚀阻垢剂的制备及其协同性能研究 开封：河南大学，：，（）：，（），：贾静娴，柳鑫华，李繁麟，等 环保型阻垢剂环氧琥珀酸共聚物的合成及性能 材料保护，（）：，（）：柴春晓 聚天冬氨酸衍生物的合成及缓蚀性能研究 开封：河南大学，：，责任编辑：任艳蓉：化学研究，（）：