天然型緩蝕劑的提取及緩蝕研究進(jìn)展

涂 勝，湯 琪，李睿姝，饒曉蓓

(重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 402247)

0 前 言

金屬材料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航海、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因腐蝕而報(bào)廢的金屬占全球金屬年產(chǎn)量的25%～35%[1]。在金屬腐蝕的眾多防護(hù)方法之中，添加緩蝕劑是最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的防止金屬腐蝕的方法[2]?，F(xiàn)有緩蝕劑種類繁多，數(shù)量巨大，如曼尼希堿[3，4]、希夫堿[5]、咪唑啉類衍生物[6，7]、炔醇類化合物[8]等等。但制備這些緩蝕劑的工藝過程繁雜，耗費(fèi)大，而且產(chǎn)率較低，對(duì)環(huán)境不友好。隨著世界各國(guó)對(duì)“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略觀”的一致認(rèn)同，有毒、有害、污染環(huán)境的緩蝕劑將被限制或禁止使用。因此，研究和開發(fā)無毒、環(huán)境友好的天然型緩蝕劑以用于金屬防護(hù)領(lǐng)域是必然趨勢(shì)。

大量天然型緩蝕劑蘊(yùn)藏于各類植物體中，具有來源廣、原料易得、提取簡(jiǎn)便、成本低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今緩蝕劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)多數(shù)植物的根、葉、花、皮、果殼、果皮等蘊(yùn)含緩蝕效果優(yōu)良的緩蝕劑，可用于防止金屬在不同環(huán)境中的腐蝕[9-13]。因此，本文綜述了天然型緩蝕劑的提取方法、提取來源、協(xié)同效應(yīng)以及緩蝕機(jī)理，以期為天然型緩蝕劑的研究與開發(fā)提供參考。

1 天然型緩蝕劑的提取方法

多數(shù)植物的根、葉、花、皮、果殼、果皮等都是天然型緩蝕劑的附載體，可采用合適的方法提取植物中的緩蝕成分。在眾多提取方法之中，提取效果較好的方法主要有浸泡提取法、加熱回流法、索氏提取法和超聲提取法等。

1.1 浸泡提取法

浸泡提取法是將母體物浸泡于不同溶劑中，然后將多次浸泡的液體合并濃縮以獲取所需的有效緩蝕成分的提取方法，常用的溶劑有水、乙醇、二氯甲烷、丙酮、硫酸、鹽酸等，該方法操作簡(jiǎn)便，但僅適用于樣品物質(zhì)提取物在溶劑中有良好溶解能力的情況。

李向紅課題組一直開展從竹葉中提取天然型緩蝕劑的應(yīng)用研究。采用80%(體積分?jǐn)?shù))乙醇溶液浸泡金竹葉[14]、筇竹葉[15]、甜龍竹葉[16]、綿竹葉[17]、麻竹葉[18]等，從中提取緩蝕成分，并測(cè)試其用于各種金屬在不同環(huán)境中的緩蝕性能，發(fā)現(xiàn)這些竹葉提取物在30 ℃，1.0 mol/L HCl 的條件下對(duì)冷軋鋼的緩蝕率均在86%以上，其中筇竹葉、綿竹葉提取物對(duì)冷軋鋼的緩蝕率高達(dá)95%。與此同時(shí)，該課題組還研究了元寶楓葉[19]、三角楓葉[20]提取物的緩蝕性能，但效果并不理想。

張富等[1]采用40%(體積分?jǐn)?shù))乙醇溶液浸泡空心蓮子草，從中提取有效成分空心蓮子草提取物APE，試驗(yàn)表明70 mg/L APE 在50 ℃，0.5 mol/L HCl 的條件下對(duì)冷軋鋼的緩蝕率高達(dá)97.1%。原因在于APE 中含有-COOH、-NH2、-OH、-C ＝O 等不飽和極性基團(tuán)，其在酸溶液中質(zhì)子化而帶正電，與帶負(fù)電的冷軋鋼表面產(chǎn)生靜電吸引，形成吸附膜；此外，APE 中大量的N、O原子的孤對(duì)電子與Fe 原子空d 軌道形成配位鍵，產(chǎn)生化學(xué)吸附，從而達(dá)到較好的緩蝕效果。

Ofuyekpone 等[9]采用甲醇和二氯甲烷混合溶液浸泡距瓣豆葉，1.2 g/L 的提取物在60 ℃，1 mol/L H2SO4的條件下對(duì)304L 鋼的緩蝕率高達(dá)98%。Perumal等[11]采用水作為浸泡溶劑浸泡黃花羊蹄甲葉，從中提取有效成分黃花羊蹄甲葉提取物BTLE，當(dāng)BTLE 濃度為700 mg/L 時(shí)，在35 ℃，1 mol/L HCl 條件下對(duì)碳鋼的緩蝕率高達(dá)93%。Fathima 等[21]采用鹽酸作為浸泡溶劑，研究了紫云藤提取物對(duì)低碳鋼的緩蝕性能，當(dāng)紫云藤提取物的體積分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)，在45 ℃，1 mol/L HCl條件下對(duì)碳鋼的緩蝕率高達(dá)96%。

1.2 加熱回流法

加熱回流法是將母體物置于燒瓶中，用不同溶劑加熱回流一段時(shí)間，然后通過過濾或萃取得到提取物的提取方法。該法僅適用于樣品物質(zhì)提取物在溶劑中有良好溶解能力的情況。

蔡潔等[22]用鹽酸作為溶劑，分別采用浸泡水解、加熱回流2 種方法從油菜籽中提取緩蝕劑，2 種方法的提取物在酸性介質(zhì)中對(duì)Q235 鋼的緩蝕性能差別不大，均在90%左右，但由于浸泡法提取的緩蝕劑的氨基酸含量高，緩蝕效果相對(duì)突出一些。黃艷仙等[23]采用5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HCl 作為提取劑，分別采用浸泡法、加熱回流萃取法研究了白玉蘭葉提取物在酸性介質(zhì)中對(duì)Q235鋼的緩蝕性能，結(jié)果表明2 種方法所得緩蝕劑的緩蝕效果基本相同，緩蝕率最高可達(dá)94.9%。

El-Etre 等[24]采用回流法提取得到苦楝種子提取物MA，當(dāng)MA 濃度達(dá)到600 mg/L 時(shí)，在50 ℃以上、2 mol/L HCl 條件下，緩蝕率可達(dá)95%以上。Qiang 等[25]采用80%(體積分?jǐn)?shù))乙醇作為回流溶劑，從銀杏葉中提取有效成分，當(dāng)提取物濃度為200 mg/L 時(shí)，在45 ℃，1 mol/L HCl 條件下對(duì)X70 鋼的緩蝕率達(dá)到92.5%。

1.3 索氏、超聲等其他提取法

隨著提取手段的不斷改進(jìn)，超聲儀、索氏提取器被用于物質(zhì)提取中。索氏提取法是利用溶劑的回流和虹吸原理，對(duì)樣品進(jìn)行連續(xù)萃取而得提取物的提取方法，具有提取率高、選擇性好、能耗低、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。超聲提取法是利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)以增大分子的運(yùn)動(dòng)速度和穿透力，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的提取的提取方法，具有提取率高、提取時(shí)間短、提取溫度低、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。

謝彥等[26]采用索氏提取法從紅茶茶葉中提取緩蝕劑，發(fā)現(xiàn)0.16 g/mL 紅茶茶葉提取物在25 ℃，1.0 mol/L HCl 條件下對(duì)Q235 鋼的緩蝕率達(dá)91.36%，具有良好的緩蝕性能。張世紅等[27]采用索氏提取法從柚子皮中提取緩蝕劑，該提取物在1 mol/L HCl 中對(duì)C38 鋼的緩蝕作用高達(dá)93%。Hu 等[28]采用乙醇作為溶劑，分別用超聲提取法、回流法和浸泡法從薺菜中提取緩蝕成分，研究了提取物在1 mol/L HCl 溶液中對(duì)Q235 鋼的緩蝕性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用超聲提取法得到的薺菜提取物的緩蝕率最高達(dá)98%，其緩蝕效果較為突出。

2 天然型緩蝕劑的提取來源

天然型緩蝕劑的提取來源可分為從種子植物、藻類植物、藥用植物及廢棄果皮中提取。

2.1 從種子植物中提取

種子植物體內(nèi)蘊(yùn)含大量的生物活性物質(zhì)，被譽(yù)為化學(xué)物質(zhì)的“天然寶庫(kù)”。早在20 世紀(jì)80 年代，陶映初[29]就開展了對(duì)種子植物提取物用于金屬腐蝕防護(hù)的研究，用蘆葦、水蓮類提取物研制出酸洗緩蝕劑LK-45，并將0.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的LK-45 復(fù)配硫氰酸鹽和磺酸鹽，測(cè)試發(fā)現(xiàn)其在70 ℃，25%H2SO4條件下對(duì)碳鋼的緩蝕率高達(dá)98%，且能抗高溫高酸，還可用于鍋爐酸洗和鋼鐵磷化處理，具有實(shí)用價(jià)值。此后，一大批研究者在種子植物提取物用于金屬腐蝕防護(hù)領(lǐng)域展開研究。先后報(bào)道了楓樹葉[19，20]、紅茶葉[26]、松香[30]、各類竹葉[14-18，31-36]、核桃葉[37]、樟樹葉[38]、銀杏葉[39]、滇潤(rùn)楠葉[40]、榕樹葉[41]、桑樹葉[42]、節(jié)節(jié)草[43]等種子植物提取物在酸性、鹽環(huán)境中對(duì)各類金屬的緩蝕效果，發(fā)現(xiàn)這些植物提取物均能較好地防止金屬腐蝕，緩蝕率基本保持在80%以上，最高可達(dá)98%。

與此同時(shí)，一些外國(guó)研究者也發(fā)現(xiàn)種子植物提取物能較好地防止金屬腐蝕。如豚草[44]提取物在1.0 mol/L H2SO4中對(duì)鋼的緩蝕率高達(dá)96%；指甲花[45]提取物在1 mol/L HCl 中對(duì)碳鋼的緩蝕率達(dá)92.06%；虎尾蘭[46]提取液在30 ℃，2.0 mol/L HCl 和2.0 mol/L NaOH 條件下對(duì)鋁的緩蝕率分別為94.3%和95.3%；金絲毛桃[47]種子提取物和葉提取物在2 mol/L NaOH 溶液中對(duì)鋁的緩蝕率分別為94%和97%；EL-ETRE[48]發(fā)現(xiàn)橄欖葉提取物在2 mol/L HCl 溶液中對(duì)碳鋼有91%的緩蝕效果；幾年后，Abdel-Gaber 等[49]發(fā)現(xiàn)橄欖葉提取物在鹽溶液中對(duì)碳鋼的緩蝕率達(dá)92%；Mehdipour等[50]發(fā)現(xiàn)30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的蘆薈葉提取物在1 mol/L硫酸中對(duì)不銹鋼的緩蝕率高達(dá)98%，效果雖好但提取物緩蝕劑的用量較大。Muthukrishnan 等[51]發(fā)現(xiàn)250 mg/L 對(duì)葉榕提取物在1 mol/L HCl 中對(duì)碳鋼的緩蝕率達(dá)到90%。

以上研究充分說明，種子植物中蘊(yùn)含豐富的緩蝕成分，部分提取物還可耐高溫高酸，值得研究者繼續(xù)深入研究。

2.2 從藻類植物中提取

研究者試圖從藻類植物中尋找優(yōu)異的天然型緩蝕劑。1999 年，MA 等[52]采用失重法研究了海藻提取物在鹽溶液中對(duì)低碳鋼的緩蝕作用，研究表明，25 ℃時(shí)，1.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 的海藻提取物的緩蝕率最高達(dá)93.54%。劉學(xué)虎等[53]發(fā)現(xiàn)14 mL/L 的海帶提取液在40 ℃，10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HCl 條件下對(duì)低碳鋼具有95%以上的緩蝕效果，緩蝕成分可在金屬表面形成保護(hù)膜，能隔離金屬和腐蝕介質(zhì)，從而起到保護(hù)作用；加之海帶中含有的I-和海帶提取液具有協(xié)同效應(yīng)，能共同保護(hù)金屬不被腐蝕。Kamal 等分別研究了鈍頂螺旋藻[54]、海洋紅藻[55]提取液對(duì)低碳鋼的緩蝕效果，發(fā)現(xiàn)500 mg/L 鈍頂螺旋藻和500 mg/L 海洋紅藻提取液在1 mol/L H2SO4中對(duì)低碳鋼的緩蝕率分別為83%和79%；而在1 mol/L HCl 中的緩蝕率只有74%和72%，鈍頂螺旋藻提取液的緩蝕效果較優(yōu)于海洋紅藻提取液。Soares Rodrigues 等[56]研究了螺旋藻(Spirulina)提取液在1 mol/L HCl 溶液中對(duì)碳鋼的緩蝕性能，發(fā)現(xiàn)100 mg/L 螺旋藻提取液對(duì)碳鋼的緩蝕率達(dá)到94.4%。

以上研究說明，雖然藻類植物提取物能防止金屬腐蝕，但總體效果不甚理想，且用量相對(duì)較大，應(yīng)用價(jià)值較低。

2.3 從藥用植物中提取

我國(guó)藥用植物的歷史悠久，用途廣泛。藥用植物體內(nèi)含有大量的功能化學(xué)物質(zhì)。1989 年，郭稚弧等[57]研究了黃柏、桔皮、金銀花、黃苓、厚樸、連錢草、穿心蓮等提取物在10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) HCl 溶液中對(duì)碳鋼的緩蝕作用，發(fā)現(xiàn)黃柏水提物與甲醛具有良好的協(xié)同效應(yīng)，緩蝕率可達(dá)93.9%，還發(fā)現(xiàn)藥物型緩蝕劑可抑制硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)，是一種多功能的環(huán)保型緩蝕劑。徐桂瑞等[58]從劍麻中提取緩蝕劑，10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))劍麻汁在50 ℃，5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HCl 條件下對(duì)A3 鋼的緩蝕率達(dá)到91.18%。李焰等[59]發(fā)現(xiàn)黃連提取物在1 mol/L HCl 中對(duì)Q235 鋼的緩蝕率高達(dá)98%，緩蝕效果優(yōu)異，值得深入研究。Zheng 等[60]發(fā)現(xiàn)體積分?jǐn)?shù)為50%的枇杷葉提取物在0.5 mol/L 硫酸中對(duì)碳鋼的緩蝕率為95.2%。

Deyab[61]研究了甘草提取液在0.1 mol/L HCl 中對(duì)Cu 的緩蝕效果，每克甘草提取液中含有2.93 mg 甘草酸和0.88 mg 甘草黃酮，甘草提取液對(duì)Cu 的緩蝕效果高達(dá)89%。Deyab[62]還研究了迷迭香葉提取物在柴油中對(duì)鋁的緩蝕作用，發(fā)現(xiàn)0.5 g/L 迷迭香葉提取物對(duì)鋁的緩蝕率高達(dá)97%，原因在于迷迭香葉提取物的主要成分是卡諾醇、鼠尾草酸、熊果酸、5，4’-二羥-7-甲氧基黃酮、薊黃酮和高車前苷，該類物質(zhì)中含有大量的-OH、-COOH、-C ＝O 和苯環(huán)等不飽和極性基團(tuán)，與金屬表面產(chǎn)生靜電吸附成膜，從而使其具有優(yōu)異的緩蝕效果。

以上研究說明，藥用植物提取物對(duì)金屬具有異常優(yōu)異的緩蝕性能，這為尋找高緩蝕性能的天然型緩蝕劑指明了提取來源的方向。

2.4 從廢棄果皮中提取

我國(guó)是水果的需求大國(guó)，每年廢棄的果皮多達(dá)幾十億噸，如能從廢棄果皮中提取緩蝕劑用于金屬防護(hù)，對(duì)于助推我國(guó)綠色發(fā)展具有積極意義。這樣既能防止金屬腐蝕，又能實(shí)現(xiàn)廢棄資源再利用，還能提高垃圾的減量化和無害化處置水平，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，可謂一舉多得。

Saleh 等[63]發(fā)現(xiàn)從芒果皮、柑桔皮中提取的緩蝕劑在鹽酸溶液中對(duì)鋼的緩蝕率分別為82%、80%。隨后又測(cè)試了幾種植物、果實(shí)和果皮提取物在NaCl 溶液中對(duì)鋁的緩蝕作用，緩蝕率均高于80%。趙時(shí)仁等[64]發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的菠蘿皮、菠蘿冠芽提取物在50℃，5%HCl 條件下對(duì)鋼的緩蝕率可達(dá)90%以上。近年，Odewunmi 等[65]發(fā)現(xiàn)西瓜皮提取液在鹽酸溶液中對(duì)低碳鋼的緩蝕率最高可達(dá)82%，且西瓜皮提取液在低碳鋼表面的吸附服從Temkin 吸附。Umoren 等[66]研究了椰子殼提取物在硫酸溶液中對(duì)低碳鋼的緩蝕性能，發(fā)現(xiàn)0.5 g/L 椰子殼甲醇提取物在0.5 mol/L 硫酸中對(duì)碳鋼的緩蝕率高達(dá)94.3%，而0.5 g/L 椰子殼水提物在相同條件下對(duì)碳鋼的緩蝕率僅為42%，該研究充分說明甲醇作為椰子殼提取溶劑非常有效。Singh 等[67]發(fā)現(xiàn)銀杏果提取液在3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl 溶液中對(duì)J55 鋼的緩蝕率高達(dá)97%，測(cè)試發(fā)現(xiàn)銀杏果提取液中起緩蝕作用的主要成分是N-苯基氨基甲酸-2-苯甲酯以及3-十五烷基苯酚，提取液在J55 鋼表面的吸附服從Langmuir 吸附等溫模型。李向紅等[68]用40%(體積分?jǐn)?shù))乙醇浸泡核桃青皮，其提取物在0.5 mol/L 鹽酸中對(duì)冷軋鋼的緩蝕率達(dá)90.2%，該提取物在冷軋鋼表面的吸附服從Langmuir 吸附方程。胡毓哲等[69]用70%(體積分?jǐn)?shù))乙醇浸泡榴蓮瓤皮及果核，600 mg/L 榴蓮瓤皮及果核提取物在0.5 mol/L H2SO4中對(duì)銅的緩蝕率達(dá)92.6%。Gopal 等[70]研究了生香蕉皮、成熟香蕉皮和過熟香蕉皮提取物在1 mol/L HCl 中對(duì)碳鋼的緩蝕性能，發(fā)現(xiàn)香蕉皮提取物的緩蝕性能排序如下:生香蕉皮＞成熟香蕉皮＞過熟香蕉皮，300 mg/L 生香蕉皮提取物對(duì)鋼的緩蝕率最高可達(dá)90%。

以上研究說明，廢棄果皮提取物對(duì)金屬具有一定的保護(hù)作用，其緩蝕效果雖并不優(yōu)異，但可以提高廢棄資源再利用價(jià)值、垃圾的減量化和無害化處置水平，為垃圾分類處置工作指明了新方向。

3 天然型緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)

面對(duì)復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，單一緩蝕劑的緩蝕效果往往很難達(dá)到防護(hù)目的，將天然型緩蝕劑同其他無機(jī)、有機(jī)緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配的緩蝕效果明顯優(yōu)于單一緩蝕劑。

陶映初等[71]發(fā)現(xiàn)將從茶葉中提取的咖啡因與咪唑啉衍生物進(jìn)行復(fù)配，在40 ℃，10%鹽酸中對(duì)碳鋼的緩蝕率高達(dá)95.0%。郭英等[72]將土豆和香蕉皮提取液按照2 ∶1(質(zhì)量比)復(fù)配制成緩蝕劑，7.5 mg/L 復(fù)配劑在1 mol/L鹽酸中對(duì)A3 鋼的緩蝕率達(dá)93.9%，比單一的土豆提取液緩蝕劑高出近20%，可見二者具有緩蝕協(xié)同效應(yīng)。黃文恒等[73]研究了柚子皮提取液同Na2MoO4復(fù)配對(duì)碳鋼在3.5%NaCl 中的緩蝕協(xié)同效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)0.02 g/mL柚子皮提取液同10g/L Na2MoO4復(fù)配時(shí)的緩蝕率達(dá)92%，并遵循Langmuir 等溫吸附方程。張世紅等[27]發(fā)現(xiàn)柚子皮提取物對(duì)C38 鋼在1 mol/L HCl 中的緩蝕率最高達(dá)93%，而與0.01 mol/L KI 復(fù)配后二者的緩蝕率達(dá)98%以上。鄭興文等[32]發(fā)現(xiàn)自貢竹葉提取液在15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硫酸中對(duì)Q235 鋼的緩蝕率高達(dá)97%，且該緩蝕劑與KI 復(fù)配后二者的緩蝕率達(dá)98%以上，具有較好的協(xié)同效應(yīng)。

以上研究說明，天然型緩蝕劑與無機(jī)、有機(jī)緩蝕劑復(fù)配后展現(xiàn)出異常優(yōu)異的緩蝕效果，其原因在于2 種緩蝕劑之間存在緩蝕協(xié)同效應(yīng)，這為尋找效果優(yōu)異的緩蝕劑指明了方向。

4 天然型緩蝕劑的有效成分及緩蝕機(jī)理

分析上述文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，天然型緩蝕劑能有效防止金屬在各類環(huán)境中發(fā)生腐蝕，且部分提取物的緩蝕率高達(dá)96%以上，且能抗高酸、高溫，可見緩蝕效果非常優(yōu)異，值得進(jìn)一步研究。選取部分緩蝕效果較優(yōu)的天然型緩蝕劑，羅列其緩蝕成分、用量、腐蝕環(huán)境、溫度等方面，結(jié)果如表1 所示。

表1 天然綠色緩蝕劑應(yīng)用效果Table 1 Application effect of natural green corrosion inhibitors

分析表1 得出以下結(jié)論:(1)天然型緩蝕劑經(jīng)過復(fù)配后的緩蝕效果較為優(yōu)異，可抗強(qiáng)酸、高溫，緩蝕率高達(dá)98%，缺點(diǎn)在于有些復(fù)配劑有毒，雖能取得較好的緩蝕效果，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。(2)從藥用植物中提取的緩蝕劑，如空心蓮子草、薺菜、黃連、銀杏果的緩蝕效果均在97%以上，整體效果較好。綜合來看，天然型緩蝕劑的緩蝕率遵循藥用植物提取物＞種子植物提取物＞果皮提取物＞藻類植物提取物的順序，這為以后尋找效果優(yōu)異的天然型緩蝕劑指明了方向。(3)天然型緩蝕劑提取物都是多元混合體。如黃連提取物含有黃連堿、小檗堿，藥根堿等；銀杏果提取物含有銀杏總黃酮、銀杏內(nèi)酯等物質(zhì)；竹葉提取液含有氨基酸、脂肪酸、生物堿、酚類、黃酮等多種化學(xué)成分。在這些物質(zhì)共同作用下，提取物對(duì)金屬起到緩蝕作用。(4)各類提取物中含有大量的含N、O 等原子及苯環(huán)、羥基、羧基等基團(tuán)的雜環(huán)化合物，究其緩蝕機(jī)理，可從以下3 個(gè)方面解釋:第一，分子與金屬之間的靜電作用。金屬在酸中失去電子帶正電荷，陰離子如Cl-可以結(jié)合到金屬表面而帶負(fù)電荷，緩蝕劑分子中的N＋通過靜電作用吸附到金屬表面，阻礙金屬與H＋的反應(yīng)活性，進(jìn)而保護(hù)金屬，圖1所示為黃連堿分子與金屬表面存在的靜電吸引作用。第二，分子與金屬之間的化學(xué)作用。如對(duì)于鋼鐵來說，F(xiàn)e 是過渡金屬元素，其空d 軌道還可以接受電子，提取物分子中的孤對(duì)電子以及苯環(huán)和雙鍵的π 電子與Fe的d 軌道之間能形成共價(jià)鍵，通過化學(xué)吸附成膜，從而起到緩蝕作用。

圖1 黃連堿[59]與金屬表面的靜電吸引示意圖Fig.1 Schematic diagram of electrostatic attraction between coptidine[59]and metal surfaces

圖2 所示為棉酚分子與Fe 存在這類化學(xué)作用。第三，分子間的疏水作用。在達(dá)到飽和吸附后，分子中的烷基鏈相互糾結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過烷基鏈的疏水作用，可以將金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，從而起到保護(hù)作用。如圖3 所示為3-十五烷基苯酚分子烷基鏈的疏水作用。

圖2 棉酚[47]與Fe 之間的化學(xué)吸附示意圖Fig.2 Schematic diagram of chemical adsorption between gossypol[47]and Fe

圖3 3-十五烷基苯酚[67]烷基鏈?zhǔn)杷饔檬疽鈭DFig.3 Schematic diagram of hydrophobic interaction of 3-pentadecylphenol[67]alkyl chain

5 結(jié) 語(yǔ)

在金屬防護(hù)領(lǐng)域開發(fā)廣譜、高效、安全的天然型緩蝕劑已成為必然趨勢(shì)，研究者們可從以下幾個(gè)方面尋找綠色緩蝕劑:

(1)加大對(duì)植物廢棄資源的探索研究，從醫(yī)藥、食品、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等加工的廢棄物料中提取緩蝕劑，如木材加工的廢棄樹皮、木屑邊角料、鋸木沫等；食品加工的廢棄果皮、果殼等，并進(jìn)行復(fù)配或改性處理，實(shí)現(xiàn)廢棄資源的重生優(yōu)化利用，在減少環(huán)境污染的同時(shí)，又可提高其經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值；

(2)加大對(duì)藥用植物提取物的探索研究，以期尋找到高提取率、高緩蝕率的藥用植物；采用天然原料制造易降解的緩蝕劑，擴(kuò)大緩蝕劑的應(yīng)用范圍，減少金屬的腐蝕，更好地為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)；

(3)嘗試天然型緩蝕劑的復(fù)配研究，如對(duì)緩蝕效果優(yōu)異的黃連、銀杏果、竹葉、柚子皮等提取物進(jìn)行二元或多元復(fù)配，以期達(dá)到優(yōu)于單一提取物的緩蝕效果。