柑橘皮提取液对碳钢在酸性介质中缓蚀机理的研究*

黄文恒，刘　勇，沈王庆，李　琪

(内江师范学院化学化工学院，四川　内江　641112)



柑橘皮提取液对碳钢在酸性介质中缓蚀机理的研究*

黄文恒，刘勇，沈王庆，李琪

(内江师范学院化学化工学院，四川内江641112)

采用水蒸气蒸馏法提取柑橘皮中的有效缓蚀成份，利用电化学方法判断其缓蚀类型，并讨论缓蚀机理。结果表明，从柑橘皮中提取的缓蚀成份对碳钢的10%的硫酸体系有高效的缓蚀效果，属于混合型缓蚀剂。随着温度的增加，缓蚀效率减慢，30 ℃时，柑橘皮提取液浓度为0.03 g/mL时缓蚀效率最高，达到98.77%；50 ℃时，柑橘皮提取液浓度为0.04 g/mL时缓蚀效率最好，达到97.43%。

柑橘皮；缓蚀剂；碳钢；缓蚀效率

金属表面同周围的介质发生化学及电化学反应而被破坏，称之为金属腐蚀[1]，我国每年因腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济生产总值的3%～4%[2]，可知金属腐蚀严重，常用的金属防腐方法有非金属保护法、金属保护层、电化保护及加缓蚀剂保护。由于添加缓蚀剂工艺简、成本低、适用性强，因此得到人们高度重视。研究生产的缓蚀剂种类很多，其大类分为葡萄糖酸盐系缓蚀剂、钼酸盐缓蚀剂、钨酸盐缓蚀剂和植物提取类缓蚀剂[3]。但很多缓蚀剂却是有害的，如汞盐、有机磷酸盐、铬酸盐等[4]，随着人们环保意识的提高，寻找一些低毒、剂量小且高效的环境友好型、绿色缓蚀剂有一定的实用意义[5]。

本文以柑橘皮为原料，利用水蒸气蒸馏法提取其有效缓蚀成份，探讨出最佳缓蚀浓度，判断其缓蚀类型，初步探讨缓蚀机理。

1　实验部分

1.1实验仪器与试剂

电化学工作站CHI660C,中国上海辰华；SHZ-C循环水式多用真空泵,河南一恒仪器有限公司；瑞士梅特勒AB204-S电子天平,上海帅宁仪器有限公司； DL-1万用电炉,上海特成机械设备有限公司；铂电极；碳钢电极；Ag-AgCl电极；250 mL圆底烧瓶；100 mL容量瓶；电热套；砂纸。

固体石蜡；浓硫酸；柑橘皮粉。

1.2实验原理

柑橘皮的成份中含有桔皮色素、桔皮油、橙皮苷、柠檬酸、维生素、果胶、萜类化合物、黄酮类化合物等，具有一定缓蚀作用[6]，可用柑橘皮蒸馏回流过滤制备原液。然后用浓硫酸做溶质，原液为溶剂分别配制10%浓度的硫酸酸洗缓蚀剂。实验采用极化曲线法表征绿色缓蚀剂的缓释性能，加入缓蚀剂后，金属的阴极反应和阳极反应或两者的速度都会减慢，其腐蚀反应减慢的程度为缓蚀效率[7]。

1.3缓蚀剂的制备

将柑橘皮洗净、烘干后剪成小块状，分别称量1 g、2 g、3 g、4 g、5 g的柑橘皮，加入100 mL蒸馏水煮微沸回流6 h，抽滤得到原液。将得到的原液用浓硫酸配制成10%的溶液即为柑橘皮硫酸酸洗缓蚀剂。提取物浓度的计算公式如下：

(1)

1.4测试方法

将碳钢电极用200～800#砂纸逐级打磨至表面光亮无水乙醇浸泡后，非工作表面用石蜡油封好，作为工作电极备用。

实验采用三电极体系测定其电化学曲线，RE选用Ag-AgCl电极，CE选用Pt电极，将备好的工作电极放于待测溶液中，待电位基本稳定后，用电化学工作站CHI660D测试碳钢在各种体系下的电化学曲线，开路电位测试时间为400 s，扫描速率为2 mV/s，极化曲线扫描范围为开路电位±30 mV，Tafel曲线扫描范围为开路电位±150 mV。空白条件设定为：10% H2SO4溶液，温度为30 ℃、50 ℃，通过公式(1)得到柑橘皮提取液的浓度，通过改变缓蚀剂的量进行电化学性能测试。

2　结果与讨论

2.1柑橘皮提取液对碳钢在10%H2SO4中缓蚀效率的影响

不同温度下碳钢在10%H2SO4+不同浓度柑橘皮提取液的塔菲尔曲线见图1，采用三参数法拟合所得的电化学参数见表1所示。

图1　碳钢在10%H2SO4+不同浓度柑橘皮提取液的塔菲尔曲线

温度/℃浓度/(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

由图1和表1可以看出，加入柑橘皮提取液后，腐蚀电位正移，同时腐蚀电流快速减小，表明加柑橘皮提取液后减慢了碳钢在10%的硫酸体系中的腐蚀。随着柑橘皮提取液浓度的增大，腐蚀电位没有显著改变，腐蚀电流显著减小后略微增大，缓蚀效率随其浓度的增加先增大后略微减少。30 ℃下，0.03 g/mL缓蚀剂的效果最佳，在50 ℃下，0.04 g/mL缓蚀剂的效果较好。对比30 ℃和50 ℃下的电化学参数，可以发现，随着温度的增加极化电阻明显减小，说明腐蚀加剧。

在硫酸酸性介质中加柑橘皮提取液后，碳钢的腐蚀速率减慢明显比空白体系大，可见柑橘皮提取液中含有一定的缓蚀组分，其在酸性介质中对碳钢有一定的缓蚀性能[8-9]。

2.2柑橘皮提取液的缓蚀剂作用类型

不同温度下碳钢在10%H2SO4+不同浓度柑橘皮提取液的抑制系数见表2。

表2　碳钢在10% H2SO4+不同浓度柑橘皮提取液的抑制作用系数

由表2可以看出，在相同浓度下，柑橘皮提取液的阳极作用系数fa和阴极作用系数fc的值差别不大，说明柑橘皮提取物液能同等程度地减慢了阳极反应和阴极反应，因此柑橘皮提取液属于典型的混合抑制型缓蚀剂，其作用机理为几何覆盖效应。且加柑橘皮提取液后，阳极作用系数fa、阴极作用系数fc都显著减小，表明柑橘皮提取液对电极反应有明显的抑制效果[10]。随提取液浓度的增加，阳极作用系数fa和阴极作用系数fc变化较小，说明在钢铁表面形成了一层比较稳定的吸附膜。

3　结　论

(1) 柑橘皮提取液在10%硫酸体系中对碳钢有一定的缓蚀作用，随着温度的增加，缓蚀效率减慢，30 ℃时，柑橘皮提取液浓度为0.03 g/mL时缓蚀效率最高，达到98.77%；50 ℃时，柑橘皮提取液浓度为0.04 g/mL时缓蚀效率最好，达到97.43%。

(2) 在10%的硫酸体系中加入柑橘皮提取液能同等程度地抑制了阳极反应和阴极反应，属于典型的混合抑制型缓蚀剂。

[1]傅献彩,沈文霞,姚天扬,等.物理化学(下册)[M].北京:高等教育出版社,2006:134.

[2]袁传勋,王国霞,潘见,等.一种高效钢铁除锈剂的研制[J].合肥工业大学学报(自然科学版),1999,22(2):4-77.

[3]高玉华,刘振法,张利辉,等.海水循环冷却水系统中绿色碳钢缓蚀剂的研究进展[J].应用化工,2011,40(9):1653-1656.

[4]蒋伟,龚敏.从天然动植物中提取绿色缓蚀剂的研究进展[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]蔡洁,周建敏.柑橘皮提取物在酸性介质中对A3钢缓蚀性能的研究[J].绍兴文理学院学报,2010,30(8):43.

[7]黄艳仙,蔡洁,周建敏,等.白玉兰叶提取物对A3钢在酸性介质中缓蚀性能的研究[J].应用化工,2010,39(4):538-541.

[8]赵时仁,许桂端,廖学权,等.菠萝废料提取液对A3钢在硫酸介质中缓蚀性能的初步研究[J].化学清洗,1996,12(2):4-6.

[9]赵时仁,郑家棠.菠萝废料提取液在盐酸介质中对A3钢缓蚀性能的研究[J].化学清洗,1994,10(3):9-13.

[10]曹楚南.关于缓蚀剂研究的电化学方法[J].腐蚀科学与防护技术,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

内江师范学院校级科研项目基金资助(13ZB03)。

黄文恒(1987-)，女，硕士，讲师，研究方向为电化学，材料。

TQ150.9

A

1001-9677(2016)03-0069-03