槐葉提取物在油田水處理中的應(yīng)用研究

吳 亞，陳 剛，張 潔，龐 敏，張 敏，侯曉晴

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065）

槐葉提取物在油田水處理中的應(yīng)用研究

吳 亞，陳 剛，張 潔，龐 敏，張 敏，侯曉晴

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065）

研究了槐葉提取物在油田采出水處理中的應(yīng)用。分別采用水和乙醇對槐葉進(jìn)行提取，考察了提取物分別作為緩蝕劑和殺菌劑的作用效能。結(jié)果顯示槐葉的水提物和醇提物有一定的緩蝕作用，水提物緩蝕作用強(qiáng)于醇提物。此外，槐葉水提物對硫酸鹽還原菌(SRB)、腐生菌(TGB)和鐵細(xì)菌(FB)有一定的殺菌作用，而醇提物對3種細(xì)菌殺菌作用弱。

槐葉；油田生產(chǎn)水；緩蝕；殺菌

槐樹（Sophora japonica L.），又名中國槐、白槐、細(xì)葉槐、金藥樹、護(hù)房樹等，為蝶形花科槐屬多年生落葉喬木，廣泛分布于中國及周邊國家和地區(qū)[1]?；比~在醫(yī)藥、工業(yè)、保健養(yǎng)生等方面都有很好的應(yīng)用，在油田化學(xué)應(yīng)用方面比工業(yè)合成的緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、除氧劑、鐵離子穩(wěn)定劑等處理劑污染小、成本低。且槐葉作為一種自然植物材料，便于采集，其提取物可直接為油田企業(yè)提供天然環(huán)保型的油田化學(xué)品。本課題組致力于利用當(dāng)?shù)貎?yōu)勢綠色材料開發(fā)油田化學(xué)品，已經(jīng)篩選了多種植物材料提取物作為緩蝕劑[2-3]，本研究以槐葉為材料，對其水提取物和乙醇提取物在油田水處理中的應(yīng)用進(jìn)行探索。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

槐葉為城市綠化帶處的槐樹葉子。

無水乙醇、鹽酸、FeCl3·6H2O、CaCl2、Na2CO3、DMF。

細(xì)菌培養(yǎng)瓶、N85號鋼片、721型分光光度計。

1.2 提取與提取物溶液配制

采用水或者無水乙醇，料液比為m(料)∶V(液) = 1g∶20mL，回流提取4h。冷卻到室溫，過濾、洗滌，將母液蒸干，得到槐葉提取物。取適量提取物，溶于水或者DMF，定容，配制成一定濃度的溶液待用。

1.3 緩蝕劑性能評價、防垢性能評價和殺菌性能評價實驗

緩蝕劑性能評價、防垢性能評價和殺菌性能評價實驗參照中華人民共和國石油天然 氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5273-2000《油田采出水用緩蝕劑性能評價方法》、SY/T 5673-1993《油田用防垢劑性能評價方法》、SY/T 0532-1993《油田注入水細(xì)菌分析方法》所述方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 槐葉中的多酚化合物及其與Fe3+的作用

槐葉中含有豐富的黃酮、異黃酮及其苷類成分，其主要成分是蘆丁黃酮。圖1為槐葉中的黃酮類化合物antiarones K, B, F～I(xiàn) (1～6), (±)-sigmoidin A (7)和2-[2,3-二氫-4-羥基-2-(2-羥基-2-丙基)-5-甲氧基-1H-茚基]-1-(2,4,6-三羥基苯基)乙酮(8)的結(jié)構(gòu)[4]，這些黃酮類化合物具有多個酚羥基，能與許多金屬發(fā)生配位作用，因此，槐葉提取物可以與鐵離子發(fā)生配位作用，在鐵表面形成保護(hù)膜。

圖1 槐葉中的黃酮類化合物結(jié)構(gòu)

取0.5g·L-1的醇提取物10mL加入不同體積的0.1g·L-1FeCl3·6H2O溶液，稀釋至20mL，500nm下測定其吸光度，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，隨著FeCl3·6H2O溶液的增加，體系的吸光度增加，增加到一定程度之后，其吸光度變化趨勢減小，這是由于加入的Fe3+與提取物中的酚羥基配位，使體系的顏色加深，當(dāng)加入量使得提取物中能夠發(fā)生配位的酚羥基完全配位后，繼續(xù)加入FeCl3·6H2O溶液對吸光度影響不大。對前后兩段分別作圖，其線性關(guān)系方程分別為: y=0.053x+0.2228，y=0.0035x+0.5100。由兩方程式計算可得達(dá)到飽和配位時FeCl3·6H2O溶液的體積應(yīng)為5.80mL（即兩直線交點(diǎn)處橫坐標(biāo)）。按照飽和配位時n（酚羥基）∶n（Fe3+）=6∶1計算可得提取物中有效酚羥基的含量為12.85×10-3mol·g-1。

圖2 槐葉醇提物-鐵(Ⅲ)離子的吸收曲線

2.2 緩蝕劑性能評價

配制含有鹽酸和1000mg·L-1、500mg·L-1、200mg·L-1、100mg·L-1、50mg·L-1、10mg·L-1槐葉水提取物的水溶液，使用A3型標(biāo)準(zhǔn)鋼片，在60℃下，評價其緩蝕性能，同時做空白實驗，結(jié)果如圖3所示。

將醇提物用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鹽酸和1000mg·L-1、500mg·L-1、200mg·L-1、100mg·L-1、50mg·L-1、10mg·L-1槐葉醇提物的溶液，同時做空白試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖3 槐葉水提物緩蝕性能

圖4 槐葉醇提物緩蝕性能

由圖3～4可見，槐葉的水提物有較好的緩蝕效果，濃度為10mg·L-1的緩蝕率已經(jīng)達(dá)到60%以上，濃度為1000mg·L-1的緩蝕率達(dá)到79%以上。而醇提物緩蝕率則比較低，濃度為200mg·L-1的緩蝕率為20%。槐葉提取物中主要含有官能團(tuán)羥基、羰基等極性基團(tuán)的化合物，在HCl介質(zhì)中易與H+發(fā)生質(zhì)子化而帶正電，而Cl-可吸附在鋁表面，使其帶負(fù)電，故通過電性引力質(zhì)子化的緩蝕劑可吸附在金屬表面。多酚化合物含有多個鄰位酚羥基，具有大量的孤對電子，可與多種金屬離子的價層空p軌道形成配位鍵發(fā)生化學(xué)吸附。例如，單寧與Fe3+在酸性狀態(tài)下，形成一配基或二配基絡(luò)合物，在堿性狀態(tài)下才能形成三配基絡(luò)合物，起到穩(wěn)定Fe3+的作用[5]。多酚化合物也可作為螯合配位劑，與溶液中的金屬離子形成螯合物后再通過范德華力吸附在金屬表面上形成保護(hù)屏障層。此外，在螯合的同時，高價金屬離子如Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)，容易將酚羥基尤其是鄰位酚羥基氧化成醌，高價金屬離子相應(yīng)地還原成低價的金屬離子(Cr3+、Cu+、Fe2+)，由此也可以降低高價金屬離子對鐵的腐蝕[6]。

2.3 殺菌性能評價

在油田水系統(tǒng)中常含有數(shù)量大、危害強(qiáng)的硫酸鹽還原菌（SRB）、腐生菌（TGB）和鐵細(xì)菌（FB）等有害細(xì)菌。目前油田普遍使用的殺菌劑品種單一，長期使用使得油田細(xì)菌的耐藥性逐漸增強(qiáng)，因此油田企業(yè)迫切需要高效、低成本的殺菌劑?；比~中所含的黃酮類化合物對多種細(xì)菌、真菌和微生物有明顯的抑制能力，槐葉提取物對油田水中常見細(xì)菌的抑制作用如表1所示。

表1 槐葉提取物對油田水中3種細(xì)菌的抑制作用

由表1結(jié)果可知，槐葉水提物對3種細(xì)菌都有一定的殺菌作用，20g·L-1的水提物降低水中的3種細(xì)菌含量，可以將SRB細(xì)菌量由110個·mL-1降至2.0個·mL-1，將TGB和FB細(xì)菌量由70個·mL-1降至2.0個·mL-1，當(dāng)濃度降低至10g·L-1時，對3種細(xì)菌的殺菌效率顯著降低。而醇提物對3種細(xì)菌的殺菌效果不好，20g·L-1的醇提物將SRB細(xì)菌量由110個·mL-1降至0.9個·mL-1，將TGB細(xì)菌量由70個·mL-1降至6.0個·mL-1，將FB細(xì)菌量由70個·mL-1降至25.0個·mL-1。

3 結(jié)論

1）槐葉提取物對鋼片具有較好的緩蝕作用，水提物優(yōu)于醇提物，50mg·L-1水提物的緩蝕率在70%以上；

2）槐葉提取物對3種常見油田細(xì)菌有一定的殺菌作用，在 20g·L-1時水提物對SRB的殺菌作用較好，對TGB和FB的殺菌作用較弱。水提物優(yōu)于醇提物，醇提物殺菌效果不好。

[1] 陳宗游，鄒蓉，蔣運(yùn)生，等.實生與嫁接槐樹的槐米、槐葉的蘆丁含量和營養(yǎng)成分的分析及評價[J]. 食品工業(yè)科技，2012(18):344-348.

[2] 陳剛，龐敏，默云娟，張敏，侯小晴，蘇慧君，張潔.石榴皮提取物在油田水處理中的應(yīng)用研究[J].石油與天然氣化工，2013，42(1):83-85.

[3] 陳剛，高起 龍，馬豐云，周敏，張潔.柿子皮提取物緩蝕及抑制油田微生物作用研究[J].石油與天然氣化工，2013，42(5):515-519.

[4] 闕東枚，梅文莉，吳嬌. 見血封喉根中類黃酮的結(jié)構(gòu)鑒定[J]. 有機(jī)化學(xué)，2009，29(9):1372.

[5] 周蓓蓓，潘見，開桂清，等. 光度法研究銅離子和鐵離子與蘆丁的不同配位特性[J]. 安徽化工，2006(1):65.

[6] 陳武勇，劉波，劉進(jìn)，等. 植物單寧與鐵鹽和氧化劑反應(yīng)的變色規(guī)律[J]. 中國皮革，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

陜西省首席工程師服務(wù)中小企業(yè)計劃；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201210705040）

陳剛(1977-)，男，副教授，研究方向為綠色油田化學(xué)品研究與應(yīng)用。電話:029-88382693；E-mail:gangchen@xsyu.edu.cn

2015-02-11