麻疯树饼粕提取液在盐酸溶液中对铝的缓蚀作用

杨 成,王 娅,杨雨嘉

(贵州民族大学化学与环境科学学院,贵州贵阳550025)

麻疯树饼粕提取液在盐酸溶液中对铝的缓蚀作用

杨 成,王 娅,杨雨嘉

(贵州民族大学化学与环境科学学院,贵州贵阳550025)

采用失重法就麻疯树饼粕提取液(JSME)在盐酸溶液中对铝的缓蚀作用进行了研究。结果表明,粒度大于60目的麻疯树饼粕,用1%～5%盐酸在液固比为8∶1(m L∶g)、提取温度为60～80℃、提取时间为2～4 h的条件下提取得到的麻疯树饼粕提取液在盐酸溶液中对铝具有较好的缓蚀效果,与乌洛托品或苯并三氮唑缓蚀剂复配后,对铝的缓蚀效果明显提高,具有良好的协同效应。

麻疯树饼粕提取液;盐酸;缓蚀作用;铝

金属腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素[1],全世界每年因腐蚀而报废的钢铁设备约为钢铁年产量的1/3,经济损失巨大[2]。为此,人们不断探索各种防止金属腐蚀的方法,其中,向引起金属腐蚀的介质中添加缓蚀剂具有工艺简单、成本低廉、效果好、适用性强等优点,被广泛用于石油和天然气的开采炼制、机械、化工和能源等领域,已成为重要的防腐蚀手段[1,3-5]。近年来,随着人类环保意识的增强,研发高效、环境友好的新型缓蚀剂越来越受到重视[6-8]。从天然物质中提取有效成分作为缓蚀剂,具有低毒、低残留及后处理简单等优点,是目前环境友好型缓蚀剂研究的热点[9-18]。

麻疯树是国际公认的生产生物柴油的树种,在世界各地都广泛种植[19]。麻疯树饼粕是麻疯树籽提取麻疯树油之后的副产物,1 ha麻疯树籽榨油后可产生2.5 t的饼粕,按有关部门规划,到2015年我国麻疯树饼粕年产量将达2000万t,产量巨大[20]。由于麻疯树饼粕存在一定的毒性,目前,除少量用于肥料、饲料[21-27]、药用[28-33]等方面外,大多作为废弃物丢弃,造成资源的严重浪费。而麻疯树饼粕中含有丰富的蛋白质(粗蛋白含量高达30%以上)[22,34,35],可提取多种氨基酸,如制备成缓蚀剂可用于金属的腐蚀防护,但目前尚未见报道。

作者在此采用失重法研究了麻疯树饼粕提取液在盐酸溶液中对铝的缓蚀作用,拟为新型环境友好型缓蚀剂的开发、麻疯树饼粕的资源化利用新途径提供依据。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

麻疯树饼粕为麻疯树籽榨油后的副产物(带壳),由贵州大学精细化工中心提供。I型标准铝片(50 mm× 25 mm×2 mm),江苏扬州正中不锈钢有限公司。

丙酮、乌洛托品、苯并三氮唑、盐酸均为分析纯;水为去离子水。

TP114型电子天平;HH-6型恒温水浴锅;GZX-907MBE型数显电热鼓风干燥箱。

1.2 麻疯树饼粕提取液的制备

将麻疯树饼粕放入70℃烘箱中烘24 h,取出粉碎,过筛。称取一定目数的饼粕和一定浓度的盐酸溶液按一定的液固比(m L∶g,下同)装入1000 m L的三颈瓶中,搅拌,在一定温度下提取,冷却,过滤,得麻疯树饼粕提取液。

1.3 缓蚀效果的评定

通过测定缓蚀率来评价麻疯树饼粕提取液对铝的缓蚀效果。测定采用静置浸泡失重法进行:试样面积与酸洗液的体积比为1∶30(cm2∶m L),腐蚀介质为1 mol·L-1的盐酸溶液,实验温度为30℃,腐蚀时间为2 h。

腐蚀速率按下式计算:

式中:V为腐蚀速率,g·m-2·h-1;W0为试样质量,g;Wi为试样腐蚀后除去腐蚀产物的质量,g;S为试样暴露在酸洗液中的总表面积,m2;t为腐蚀实验时间,h。

缓蚀率按下式计算:

式中:P为缓蚀率,%;V0、Vi分别为不加缓蚀剂、加缓蚀剂时试样在酸洗液中的腐蚀速率,g·m-2·h-1。

2 结果与讨论

2.1 液固比对缓蚀效果的影响

取60目的麻疯树饼粕20 g,按液固比4∶1、6∶1、8∶1、10∶1的比例分别加入5%盐酸溶液80 m L、120 m L、160 m L、200 m L,在80℃下提取2 h,过滤,收集提取液。在1 mol·L-1的盐酸溶液中加入10%的提取液,考察液固比对铝缓蚀效果的影响,结果见表1。

表1 液固比对铝缓蚀效果的影响Tab.1 Effect of liquid-solid ratio on corrosion inhibition for aluminum

从表1可看出,麻疯树饼粕提取液对铝的缓蚀率随着液固比的增大而降低。原因可能是,随液固比的增大,麻疯树饼粕提取液中有效成分的含量减少,导致对铝的缓蚀效果降低。虽然液固比为4∶1时得到的提取液的缓蚀效果最好,但提取液的量也最少,综合考虑,选择适宜的液固比为8∶1。

2.2 提取剂浓度对缓蚀效果的影响

取60目的麻疯树饼粕20 g,按液固比8∶1加入浓度为0%、1%、5%、10%的盐酸溶液160 m L,在80℃下提取2 h,过滤,收集提取液。在1 mol·L-1的盐酸溶液中加入10%的提取液,考察提取剂浓度对铝缓蚀效果的影响,结果见表2。

表2 提取剂浓度对铝缓蚀效果的影响Tab.2 Effect of extractant concentration on corrosion inhibition for aluminum

从表2可看出,随提取剂浓度的升高,麻疯树饼粕提取液对铝的缓蚀效果先提高后降低。这是因为,提取剂浓度越高,提取出来的有效成分含量越高,对铝的缓蚀效果越好;但提取剂浓度过高时,提取液中的酸也会对铝造成腐蚀,反而造成缓蚀率降低。盐酸浓度为1%～5%时得到的提取液具有较好的缓蚀效果。因此,选择适宜的提取剂浓度为1%～5%。

2.3 提取时间对缓蚀效果的影响

取60目的麻疯树饼粕20 g,按液固比8∶1加入5%的盐酸溶液160 m L,在80℃下分别提取0.5 h、2 h、4 h、10 h,过滤,收集提取液。在1 mol·L-1的盐酸溶液中加入10%的提取液,考察提取时间对铝缓蚀效果的影响,结果见表3。

表3 提取时间对铝缓蚀效果的影响Tab.3 Effect of extraction time on corrosion inhibition for aluminum

从表3可看出,随提取时间的延长,麻疯树饼粕提取液对铝的缓蚀效果先提高后降低,提取2～4 h得到的提取液具有较好的缓蚀效果。因此,选择适宜的提取时间为2～4 h。

2.4 提取温度对缓蚀效果的影响

取60目的麻疯树饼粕20 g,按液固比8∶1加入5%的盐酸溶液160 m L,分别在20℃、40℃、60℃、80℃、100℃下提取2 h,过滤,收集提取液。在1 mol ·L-1的盐酸溶液中加入10%的提取液,考察提取温度对铝缓蚀效果的影响,结果见表4。

表4 提取温度对铝缓蚀效果的影响Tab.4 Effect of extraction temperature on corrosion inhibition for aluminum

从表4可看出,随提取温度的升高,麻疯树饼粕提取液的缓蚀效果相应提高,说明麻疯树饼粕的有效成分在高温下容易被提取出来。但在提取过程中发现, 100℃下得到的提取液颜色发黑,影响产品的外观。60～80℃下的麻疯树饼粕提取液对铝的缓蚀效果已经很好,因此,选择适宜的提取温度为60～80℃。

2.5 粒度对缓蚀效果的影响

分别取35目、60目、120目、原始物料的麻疯树饼粕20 g,按液固比8∶1加入5%的盐酸溶液160 m L,在80℃下提取2 h,过滤,收集提取液。在1 mol· L-1的盐酸溶液中加入10%的提取液,考察粒度对铝缓蚀效果的影响,结果见表5。

表5 粒度对铝缓蚀效果的影响Tab.5 Effect of particle size on corrosion inhibition for aluminum

从表5可看出,颗粒越细的饼粕提取液的缓蚀效果越好。这是因为,颗粒越小其表面能越高、比表面积越大,饼粕与水解液接触面越大,有效成分越易被浸出,有效成分的含量越高,对铝的缓蚀效果就越好。当麻疯树饼粕粒度大于60目时,其提取液的缓蚀效果理想。因此,选择适宜的粒度为大于60目。

2.6 提取液用量对缓蚀效果的影响

取60目麻疯树饼粕,在液固比为8∶1、提取温度为80℃、提取时间为2 h的条件下制备提取液。在1 mol·L-1的盐酸溶液中分别加入1%、2%、5%、10%的提取液,考察提取液用量对铝缓蚀效果的影响,结果见表6。

表6 提取液用量对铝缓蚀效果影响的测定结果Tab.6 Effect of extracts dosage on corrosion inhibition for aluminum

从表6可看出,提取液用量越大,对铝的缓蚀效果越好。在1 mol·L-1的盐酸介质中,提取液用量为10%时,对铝已具有较好的缓蚀效果,腐蚀速率为1.06 g·m2·h-1,缓蚀率达到96.6%。因此,选择适宜的提取液用量为10%。

2.7 与乌洛托品、苯并三氮唑复配的缓蚀效果

为了提高麻疯树饼粕提取液的缓蚀率,选择60目麻疯树饼粕,在液固比为8∶1、提取温度为80℃、提取时间为2 h的条件下制备提取液,并分别与乌洛托品和苯并三氮唑进行复配。在1 mol·L-1的盐酸溶液中,考察复配对铝缓蚀效果的影响,结果见表7。

表7 复配对铝缓蚀效果的影响Tab.7 Effect of extractives compounded with hexamethylene triamine or 1,2,3-bengotriazle on corrosion inhibition for aluminum

从表7可看出,加入乌洛托品或苯并三氮唑能显著提高麻疯树饼粕提取液对铝的缓蚀效果,均具有较好的协同效果。当麻疯树饼粕提取液用量为10%时,对铝的缓蚀率为96.6%;与1%的乌洛托品或2‰的苯并三氮唑复配后,对铝的缓蚀率分别提高至98.1%和97.1%。

3 结论

(1)对粒度大于60目的麻疯树饼粕,用1%～5%的盐酸在液固比为8∶1、提取温度为60～80℃、提取时间为2～4 h的条件下提取得到的麻疯树饼粕提取液在盐酸溶液中对铝具有较好的缓蚀效果。

(2)30℃下在1 mol·L-1的盐酸溶液中单独使用麻疯树饼粕提取液的量为10%时,对铝的缓蚀率达到96.6%;与1%乌洛托品或2‰苯并三氮唑复配后,对铝的缓蚀率分别提高到98.1%、97.1%,具有较好的协同效果。

(3)麻疯树饼粕的有效成分提取简单,为易溶、稳定、无毒、环境友好型缓蚀剂,具有较高的推广价值。

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Corrosion Inhibition of Extracts from Jatropha Curcas L.Seed Meal on Aluminum in Hydrochloric Acid Solution

YANG Cheng,WANG Ya,YANG Yu-jia
(College of Chemistry and Environmental Science,Guizhou Minzu University,Guiyang 550025,China)

Corrosion inhibition of extracts from Jatropha curcas L.seed meal(JSME)on aluminum in hydrochloric acid solution is studied by the method of weight-loss in the paper.The results show that the JSME is a good inhibitor in hydrochloric acid for aluminum.The corrosion inhibiting effect of JSME can be improved significantly and has a good synergistic effect when combined with hexamethylene triamine or 1,2,3-bengotriazle.

extracts from Jatropha curcas L.seed meal;hydrochloric acid;corrosion inhibition;aluminum

TG 174.42

A

1672-5425(2013)07-0037-04

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.07.010

贵州省优秀科技教育人才省长资金资助项目(黔省专合字[2012]72号)

2013-05-03

杨成(1979-),男,贵州凯里人,博士,副教授,研究方向:固体废弃物资源化利用,E-mail:yang-cheng513@163.com。