柑橘皮提取液對碳鋼在酸性介質(zhì)中緩蝕機理的研究*

黃文恒，劉　勇，沈王慶，李　琪

(內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川　內(nèi)江　641112)

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柑橘皮提取液對碳鋼在酸性介質(zhì)中緩蝕機理的研究*

黃文恒，劉勇，沈王慶，李琪

(內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川內(nèi)江641112)

采用水蒸氣蒸餾法提取柑橘皮中的有效緩蝕成份，利用電化學(xué)方法判斷其緩蝕類型，并討論緩蝕機理。結(jié)果表明，從柑橘皮中提取的緩蝕成份對碳鋼的10%的硫酸體系有高效的緩蝕效果，屬于混合型緩蝕劑。隨著溫度的增加，緩蝕效率減慢，30 ℃時，柑橘皮提取液濃度為0.03 g/mL時緩蝕效率最高，達到98.77%；50 ℃時，柑橘皮提取液濃度為0.04 g/mL時緩蝕效率最好，達到97.43%。

柑橘皮；緩蝕劑；碳鋼；緩蝕效率

金屬表面同周圍的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)而被破壞，稱之為金屬腐蝕[1]，我國每年因腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約占國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的3%～4%[2]，可知金屬腐蝕嚴重，常用的金屬防腐方法有非金屬保護法、金屬保護層、電化保護及加緩蝕劑保護。由于添加緩蝕劑工藝簡、成本低、適用性強，因此得到人們高度重視。研究生產(chǎn)的緩蝕劑種類很多，其大類分為葡萄糖酸鹽系緩蝕劑、鉬酸鹽緩蝕劑、鎢酸鹽緩蝕劑和植物提取類緩蝕劑[3]。但很多緩蝕劑卻是有害的，如汞鹽、有機磷酸鹽、鉻酸鹽等[4]，隨著人們環(huán)保意識的提高，尋找一些低毒、劑量小且高效的環(huán)境友好型、綠色緩蝕劑有一定的實用意義[5]。

本文以柑橘皮為原料，利用水蒸氣蒸餾法提取其有效緩蝕成份，探討出最佳緩蝕濃度，判斷其緩蝕類型，初步探討緩蝕機理。

1　實驗部分

1.1實驗儀器與試劑

電化學(xué)工作站CHI660C,中國上海辰華；SHZ-C循環(huán)水式多用真空泵,河南一恒儀器有限公司；瑞士梅特勒AB204-S電子天平,上海帥寧儀器有限公司； DL-1萬用電爐,上海特成機械設(shè)備有限公司；鉑電極；碳鋼電極；Ag-AgCl電極；250 mL圓底燒瓶；100 mL容量瓶；電熱套；砂紙。

固體石蠟；濃硫酸；柑橘皮粉。

1.2實驗原理

柑橘皮的成份中含有桔皮色素、桔皮油、橙皮苷、檸檬酸、維生素、果膠、萜類化合物、黃酮類化合物等，具有一定緩蝕作用[6]，可用柑橘皮蒸餾回流過濾制備原液。然后用濃硫酸做溶質(zhì)，原液為溶劑分別配制10%濃度的硫酸酸洗緩蝕劑。實驗采用極化曲線法表征綠色緩蝕劑的緩釋性能，加入緩蝕劑后，金屬的陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)或兩者的速度都會減慢，其腐蝕反應(yīng)減慢的程度為緩蝕效率[7]。

1.3緩蝕劑的制備

將柑橘皮洗凈、烘干后剪成小塊狀，分別稱量1 g、2 g、3 g、4 g、5 g的柑橘皮，加入100 mL蒸餾水煮微沸回流6 h，抽濾得到原液。將得到的原液用濃硫酸配制成10%的溶液即為柑橘皮硫酸酸洗緩蝕劑。提取物濃度的計算公式如下：

(1)

1.4測試方法

將碳鋼電極用200～800#砂紙逐級打磨至表面光亮無水乙醇浸泡后，非工作表面用石蠟油封好，作為工作電極備用。

實驗采用三電極體系測定其電化學(xué)曲線，RE選用Ag-AgCl電極，CE選用Pt電極，將備好的工作電極放于待測溶液中，待電位基本穩(wěn)定后，用電化學(xué)工作站CHI660D測試碳鋼在各種體系下的電化學(xué)曲線，開路電位測試時間為400 s，掃描速率為2 mV/s，極化曲線掃描范圍為開路電位±30 mV，Tafel曲線掃描范圍為開路電位±150 mV?？瞻讞l件設(shè)定為：10% H2SO4溶液，溫度為30 ℃、50 ℃，通過公式(1)得到柑橘皮提取液的濃度，通過改變緩蝕劑的量進行電化學(xué)性能測試。

2　結(jié)果與討論

2.1柑橘皮提取液對碳鋼在10%H2SO4中緩蝕效率的影響

不同溫度下碳鋼在10%H2SO4+不同濃度柑橘皮提取液的塔菲爾曲線見圖1，采用三參數(shù)法擬合所得的電化學(xué)參數(shù)見表1所示。

圖1　碳鋼在10%H2SO4+不同濃度柑橘皮提取液的塔菲爾曲線

溫度/℃濃度/(g/mL)Ecorr/VIcorr/(mA/cm2)Βa/mVΒc/mVR/(g/m2·h)η/%30空白-0.44356.0994.20160.5611.04-0.01-0.42260.0333.9036.78450.6897.550.02-0.40281.06E-313.3616.84488.4697.740.03-0.41022.44E-318.4220.80897.5898.770.04-0.40880.0127.2731.20669.1898.350.05-0.42480.0345.7343.11499.0497.7950空白-0.453315.4297.98226.475.35-0.01-0.41891.0032.4651.724.3578.030.02-0.42150.0824.2128.1291.4394.150.03-0.41920.0216.8421.19148.6696.400.04-0.42085.08E-314.0018.01208.2897.430.05-0.39830.0113.9720.24126.9495.79

由圖1和表1可以看出，加入柑橘皮提取液后，腐蝕電位正移，同時腐蝕電流快速減小，表明加柑橘皮提取液后減慢了碳鋼在10%的硫酸體系中的腐蝕。隨著柑橘皮提取液濃度的增大，腐蝕電位沒有顯著改變，腐蝕電流顯著減小后略微增大，緩蝕效率隨其濃度的增加先增大后略微減少。30 ℃下，0.03 g/mL緩蝕劑的效果最佳，在50 ℃下，0.04 g/mL緩蝕劑的效果較好。對比30 ℃和50 ℃下的電化學(xué)參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的增加極化電阻明顯減小，說明腐蝕加劇。

在硫酸酸性介質(zhì)中加柑橘皮提取液后，碳鋼的腐蝕速率減慢明顯比空白體系大，可見柑橘皮提取液中含有一定的緩蝕組分，其在酸性介質(zhì)中對碳鋼有一定的緩蝕性能[8-9]。

2.2柑橘皮提取液的緩蝕劑作用類型

不同溫度下碳鋼在10%H2SO4+不同濃度柑橘皮提取液的抑制系數(shù)見表2。

表2　碳鋼在10% H2SO4+不同濃度柑橘皮提取液的抑制作用系數(shù)

由表2可以看出，在相同濃度下，柑橘皮提取液的陽極作用系數(shù)fa和陰極作用系數(shù)fc的值差別不大，說明柑橘皮提取物液能同等程度地減慢了陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，因此柑橘皮提取液屬于典型的混合抑制型緩蝕劑，其作用機理為幾何覆蓋效應(yīng)。且加柑橘皮提取液后，陽極作用系數(shù)fa、陰極作用系數(shù)fc都顯著減小，表明柑橘皮提取液對電極反應(yīng)有明顯的抑制效果[10]。隨提取液濃度的增加，陽極作用系數(shù)fa和陰極作用系數(shù)fc變化較小，說明在鋼鐵表面形成了一層比較穩(wěn)定的吸附膜。

3　結(jié)　論

(1) 柑橘皮提取液在10%硫酸體系中對碳鋼有一定的緩蝕作用，隨著溫度的增加，緩蝕效率減慢，30 ℃時，柑橘皮提取液濃度為0.03 g/mL時緩蝕效率最高，達到98.77%；50 ℃時，柑橘皮提取液濃度為0.04 g/mL時緩蝕效率最好，達到97.43%。

(2) 在10%的硫酸體系中加入柑橘皮提取液能同等程度地抑制了陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，屬于典型的混合抑制型緩蝕劑。

[1]傅獻彩,沈文霞,姚天揚,等.物理化學(xué)(下冊)[M].北京:高等教育出版社,2006:134.

[2]袁傳勛,王國霞,潘見,等.一種高效鋼鐵除銹劑的研制[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1999,22(2):4-77.

[3]高玉華,劉振法,張利輝,等.海水循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中綠色碳鋼緩蝕劑的研究進展[J].應(yīng)用化工,2011,40(9):1653-1656.

[4]蔣偉,龔敏.從天然動植物中提取綠色緩蝕劑的研究進展[J].清洗世界,2007,23(4):17-22.

[5]Mostafa H Wahdan.The synergistic inhibition effect and thermodynamic properties of 2-mercapto-benzirnidazol and some selected cations as a mixed Inhibitor for pickling of mild steel in acid solution [J]. Materials of chemistry and Physics 1997,49:135.

[6]蔡潔,周建敏.柑橘皮提取物在酸性介質(zhì)中對A3鋼緩蝕性能的研究[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報,2010,30(8):43.

[7]黃艷仙,蔡潔,周建敏,等.白玉蘭葉提取物對A3鋼在酸性介質(zhì)中緩蝕性能的研究[J].應(yīng)用化工,2010,39(4):538-541.

[8]趙時仁,許桂端,廖學(xué)權(quán),等.菠蘿廢料提取液對A3鋼在硫酸介質(zhì)中緩蝕性能的初步研究[J].化學(xué)清洗,1996,12(2):4-6.

[9]趙時仁,鄭家棠.菠蘿廢料提取液在鹽酸介質(zhì)中對A3鋼緩蝕性能的研究[J].化學(xué)清洗,1994,10(3):9-13.

[10]曹楚南.關(guān)于緩蝕劑研究的電化學(xué)方法[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù),1990,2(1):4-5.

Mechanism Research on Corrosion Inhibitors of Citrus Peel Extract for Carbon Steel in Acidic Medium*

HUANGWen-heng,LIUYong,SHENWang-qing,LIQi

(College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Sichuan Neijiang 641112，China)

Effective corrosion inhibitor in Citrus was extracted by steam distillation method, using the electrochemical method to judge the corrosion type, the mechanism of corrosion inhibition was discussed. The results obtained that the system of sulfuric acid corrosion ingredients extracted from the citrus peel had 10% inhibitor to carbon steel, belonged to mixed type inhibitor. With the increase of temperature, the inhibition efficiency was slow. Citrus peel extract concentration was 0.03 g/mL in 30 ℃, inhibition efficiency was the highest, reached 98.77%. Citrus peel extract concentration was 0.04 g/mL in 50 ℃, the inhibition efficiency was best, reached 97.47%.

orange peel;corrosion inhibitor;carbon steel;corrosion inhibition efficiency

內(nèi)江師范學(xué)院校級科研項目基金資助(13ZB03)。

黃文恒(1987-)，女，碩士，講師，研究方向為電化學(xué)，材料。

TQ150.9

A

1001-9677(2016)03-0069-03