CN107794537B - 一种农林废弃物复配缓蚀剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农林废弃物复配缓蚀剂及其制备方法与应用。所述的农林废弃物复配缓蚀剂包括农林废弃物提取物0.1~1.0g/L、Gemini表面活性剂0.01~0.5g/L、氮杂环化合物0.01~0.05g/L，余量为酸洗液。制备方法包括原料准备和配制步骤。应用为所述的农林废弃物复配缓蚀剂在制备钢、石油化工设备、过滤设备和管道设备清洗剂中的应用。本发明缓蚀剂使用方便、成本低、安全、操作简单、见效快。
Description
技术领域
本发明属于金属缓蚀剂技术领域，具体涉及一种农林废弃物复配缓蚀剂及其制备方法与应用。
背景技术
金属材料在现代工农业、机械、交通、运输、国防和科学技术等部门占有非常重要的地位。钢具有价格低廉、机械加工性能良好、产量大等优点，是选材、用材过程中首先考虑的金属，也是目前用量最大、应用最广的金属之一。然而，金属材料极易发生腐蚀，危害十分严重。据估计，全世界每年因腐蚀而报废的钢铁量相当于年产量的1/4 - 1/3；每年由腐蚀引起的损失占国民经济生产总值（GDP）的3.1% ~ 4.5%。缓蚀剂以其使用方便、适用范围广、投资少、见效快等优点，已成为最有效的防腐蚀技术之一。
化工生产中酸被广泛应用于酸洗、酸浸、酸沾和油井酸化等操作。常用的酸为无机酸如盐酸（HCl）、硫酸（H2SO4）和磷酸（H3PO4）。实践中，需添加缓蚀剂来抑制各项酸处理工艺中金属构件在酸溶液中的腐蚀。20世纪80年代以前曾开发出令人满意的无机盐缓蚀剂：铬酸盐、亚硝酸盐、汞盐、砷化物，但由于这些无机盐会致癌和污染环境，故应用受到一定的限制。进入20世纪80年代后，人们开始主要集中在有机物缓蚀剂的研究，缓蚀效果理想的有三唑类衍生物、吩噻嗪及衍生物、喹啉及其衍生物、吡咯衍生物、吡唑衍生物、噻唑类衍生物、有机磷类缓蚀剂。然而，这类有机缓蚀剂成本偏高，且水溶性差，特别是有机磷类缓蚀剂的排放会造成水富营养化，严重阻碍了缓蚀剂的开发和应用。目前工业使用的缓蚀剂大多为两种或两种以上的复配缓蚀剂，主要利用它们之间的协同效应来提高缓蚀效果。与单一缓蚀剂相比，复配缓蚀剂具有缓蚀效果好、性能稳定、互补缓蚀剂之间的不足等优点；此外，随着环保意识的加强，研究和开发出成本低廉的环境友好型缓蚀剂为国内外广泛关注。近年来，从植物中提取制备出的植物缓蚀剂具有来源广、成本低廉、环境友好等特点。综上，研究开发出成本低廉的植物复配缓蚀剂为全世界所共同关注。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种农林废弃物复配缓蚀剂；第二目的在于提供所述的农林废弃物复配缓蚀剂的制备方法；第三目的在于提供所述的农林废弃物复配缓蚀剂的应用。
本发明的第一目的是这样实现的，所述的农林废弃物复配缓蚀剂包括农林废弃物提取物0.1~1.0g/L、Gemini表面活性剂0.01~0.5g/L、氮杂环化合物0.01~0.05g/L，余量为酸洗液。
本发明的第二目的是这样实现的，包括原料准备和配制步骤，具体包括：
A、原料准备：制备农林废弃物提取物备用，同时准备酸洗液、Gemini表面活性剂和氮杂环化合物备用；
B、配制：按原料配方配比将农林废弃物提取物、Gemini表面活性剂和氮杂环化合物加入到酸洗液中搅拌混匀得到目标物农林废弃物复配缓蚀剂。
本发明的第三目的是这样实现的，所述的农林废弃物复配缓蚀剂在制备钢、石油化工设备、过滤设备和管道设备清洗剂中的应用。
本发明克服现有钢的酸洗缓蚀剂复配植物缓蚀剂体系缺乏，大多采用成本偏高的有机合成缓蚀剂，而采用成本低廉的乙醇水溶液从核桃青皮中提取制备出的核桃青皮提取物为主要缓蚀剂，加入Gemini表面活性剂乙撑基双（十八烷基二聚氧乙烯基氯化铵）（与核桃青皮提取物之间存在显著的缓蚀协同效应，同时也起增溶、分散作用），N-杂环化合物为5-苄硫基四氮唑（起维持缓蚀后效性作用的同时也与核桃青皮提取物之间存在一定程度的缓蚀协同效应），余量酸洗液制备得到的酸洗缓蚀剂存在协同增效作用。本发明具有缓蚀效率高、协同作用明显、适应性强、后效性好等优势且明显抑制了酸对钢材的腐蚀作用，能适用于钢在较大浓度酸范围内酸洗，可应用于石油化工设备、锅炉、管道的清洗，本发明缓蚀剂使用方便、成本低廉、安全、操作简单、见效快。
本发明以核桃青皮提取物为主缓蚀剂，加入Gemini表面活性剂乙撑基双（十八烷基二聚氧乙烯基氯化铵）（与核桃青皮提取物之间存在显著的缓蚀协同效应，同时也起增溶、分散作用），N-杂环化合物为5-苄硫基四氮唑（起维持缓蚀后效性作用的同时也与核桃青皮提取物之间存在一定程度的缓蚀协同效应），余量酸洗液制备得到的酸洗缓蚀剂存在显著协同增效作用，缓蚀率可高达95%以上。本发明具有缓蚀效率高、相互之间协同作用明显、适应性强、后效性好、耐高温、耐高浓度酸等优势且明显抑制了酸对钢的腐蚀作用，能适用于钢在酸中酸洗，可应用于石油化工设备、锅炉、管道等设备的清洗，本发明缓蚀剂使用方便、成本低、安全、操作简单、见效快。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的农林废弃物复配缓蚀剂包括农林废弃物提取物0.1~1.0g/L、Gemini表面活性剂0.01~0.5g/L、氮杂环化合物0.01~0.05g/L，余量为酸洗液。
所述的农林废弃提取物主要成分为黄酮类化合物和萘醌类化合物。
所述的农林废弃物提取物为核桃青皮提取物。
所述的核桃青皮提取物是以废弃物核桃青皮为原料，经前处理、提取、浓缩、萃取和后处理步骤制备得到，具体包括：
A、前处理：将核桃青皮风干后置于温度50~70℃下恒温干燥48~60h，自然冷却至室温后粉碎得到核桃青皮粉；
B、提取：将核桃青皮粉中加入固液比1:20~40的体积百分浓度20~60%乙醇溶液，于温度10~30℃下浸泡提取2~4h，然后于温度50~80℃水浴回流2~6h得到提取液a；
C、浓缩：将提取液a进行真空抽滤以除去含有的核桃青皮残渣粉末，然后在温度40~80℃下蒸发浓缩至1/2~1/3体积得到浓缩提取液b；
D、萃取：将浓缩提取液b中加入浓缩提取液b体积2~5倍的石油醚，震荡5~30mim后静置12~48h至上层的石油醚与下层的提取液分开，回收上层液，下层液体再次加入分液漏斗中并加下层液体体积2~3倍的石油醚，震荡静置分层，每隔10~30min换一次石油醚，直到上层液体到无色为止；
E、后处理：将萃取后的下层液进行蒸发，然后置于温度50~70℃下恒温干燥12~24h得到目标物核桃青皮提取物。
A步骤中所述的核桃青皮粉的粒径为300~1000μm。
所述的Gemini表面活性剂为十八烷基二聚氧乙烯基氯化铵。
所述的氮杂环化合物为5-苄硫基四氮唑。
所述的酸为盐酸、硫酸或硫酸，酸洗液的浓度为0.5~5.0mol/L。
本发明所述的农林废弃物复配缓蚀剂的制备方法，包括原料准备和配制步骤，具体包括：
A、原料准备：制备农林废弃物提取物备用，同时准备酸洗液、Gemini表面活性剂和氮杂环化合物备用；
B、配制：按原料配方配比将农林废弃物提取物、Gemini表面活性剂和氮杂环化合物加入到酸洗液中搅拌混匀得到目标物农林废弃物复配缓蚀剂。
本发明所述的农林废弃物复配缓蚀剂的应用为所述的农林废弃物复配缓蚀剂在制备钢、石油化工设备、过滤设备和管道设备清洗剂中的应用。
下面以具体实施案例对本发明做进一步说明：
实施例1 ——核桃青皮提取物的制备
A、前处理：收集核桃青皮后，风干后放于鼓风烘箱中，于60℃恒温干燥48~60 h，取出自然冷却至室温后粉碎，粒径为300~1000 μm的核桃青皮粉；
B、提取：将核桃青皮粉加浓度为20~60%乙醇溶液室温（10~30℃）浸泡2~4h，固液比1:20~40，然后在50~80℃水浴回流提取2~6 h；
C、浓缩：将回流得到的乙醇提取液真空抽滤，以除去其中含有的核桃青皮残渣粉末，然后取其在旋转蒸发仪上40~80℃把溶液旋转蒸发浓缩至1/2~1/3体积；
D、萃取：将浓缩后的乙醇提取液中加入体积2~5倍的石油醚，充分震荡后静置12~48 h，将上层的石油醚与下层的提取液分开，回收上层液，下层液体再次加入分液漏斗中并加体积2~3倍石油醚，充分震荡静置分层，每隔10~30分钟换一次石油醚，直到上层液体到无色为止；
E、后处理：将萃取后的下层液进行旋转蒸发，蒸到40~60ml，蒸发过的液体放到蒸发皿中，置于鼓风干燥箱中于50~70℃干燥12~24h，用结晶铲铲下固体，即为目标核桃青皮提取物。
实施例2 ——钢材酸洗的农林废弃物复配缓蚀剂的制备
取实施例1核桃青皮提取物0.50 g、乙撑基双（十八烷基二聚氧乙烯基氯化铵）0.1g、5-苄硫基四氮唑0.05g中加入体积为1 L的浓度0.5~5.0 mol/L的盐酸洗液，搅拌均匀即得到目标物植物复配缓蚀剂。
实施例3 ——钢材酸洗的农林废弃物复配缓蚀剂的制备
取实施例1核桃青皮提取物1.0 g、乙撑基双（十八烷基二聚氧乙烯基氯化铵）0.5g、5-苄硫基四氮唑0.05g中加入体积为1 L的浓度0.5~5.0 mol/L的硫酸洗液，搅拌均匀即得到目标物植物复配缓蚀剂。
实施例4 ——钢材酸洗的农林废弃物复配缓蚀剂的制备
核桃青皮提取物1.0 g，乙撑基双（十八烷基二聚氧乙烯基氯化铵）0.5 g，氮杂环化合物为5-苄硫基四氮唑0.05 g，加入体积为1 L的浓度0.5~5.0 mol/L的磷酸洗液，搅拌均匀即得到目标物农林废弃物复配缓蚀剂。
试验例1 ——钢铁材料的酸洗
钢铁材料选择为冷轧钢片，将实施例2复配好的缓蚀剂注入,混合均匀，缓蚀性能在不同温度（20 ~ 50℃）不同腐蚀浸泡时间（6 ~156 h）均能在95%以上。表1为1.0 mol/LHCl试验数据，方法为失重法。
表1 植物复配缓蚀剂对冷轧钢在1.0 mol/L HCl中的缓蚀率
试验例2 ——钢铁材料的酸洗
钢铁材料选择为冷轧钢片，将实施例3复配好的缓蚀剂注入,混合均匀，缓蚀性能在不同温度（20 ~ 50℃）不同腐蚀浸泡时间（6 ~48 h）均能在93%以上。表2为3.0 mol/LHCl试验数据，方法为失重法。
表2 植物复配缓蚀剂对冷轧钢在3.0 mol/L HCl中的缓蚀率
试验例3 ——钢铁材料的酸洗
钢铁材料选择为冷轧钢片，将实施例3复配好的缓蚀剂注入,混合均匀，缓蚀性能在不同温度（20 ~ 50℃）不同腐蚀浸泡时间（6 ~96 h）均能在94%以上。表3为1.0 mol/LH2SO4试验数据，方法为失重法。
表3 植物复配缓蚀剂对冷轧钢在1.0 mol/L H2SO4中的缓蚀率
试验例4 ——钢铁材料的酸洗
钢铁材料选择为冷轧钢片，将实施例4复配好的缓蚀剂注入,混合均匀，缓蚀性能在不同温度（20 ~ 50℃）不同腐蚀浸泡时间（6 ~120 h）均能在92%以上。表4为3.0 mol/LH3PO4试验数据，方法为失重法。
表4 复配植物缓蚀剂对冷轧钢在3.0 mol/L H3PO4中的缓蚀率
Claims (5)
1.一种农林废弃物复配缓蚀剂，其特征在于所述农林废弃物复配缓蚀剂由农林废弃物提取物0.1~1.0g/L、Gemini表面活性剂0.01~0.5g/L、氮杂环化合物0.01~0.05g/L，余量为酸洗液组成，所述农林废弃物提取物为核桃青皮提取物，核桃青皮提取物的主要成分为黄酮类化合物和萘醌类化合物，所述Gemini表面活性剂为十八烷基二聚氧乙烯基氯化铵，所述氮杂环化合物为5-苄硫基四氮唑；所述核桃青皮提取物是以废弃物核桃青皮为原料，经前处理、提取、浓缩、萃取和后处理步骤制备得到，具体包括：
A、前处理：将核桃青皮风干后置于温度50~70℃下恒温干燥48~60h，自然冷却至室温后粉碎得到核桃青皮粉；
B、提取：将核桃青皮粉中加入固液比1:20~40的体积百分浓度20~60%乙醇溶液，于温度10~30℃下浸泡提取2~4h，然后于温度50~80℃水浴回流2~6h得到提取液a；
C、浓缩：将提取液a进行真空抽滤以除去含有的核桃青皮残渣粉末，然后在温度40~80℃下蒸发浓缩至1/2~1/3体积得到浓缩提取液b；
D、萃取：将浓缩提取液b中加入浓缩提取液b体积2~5倍的石油醚，震荡5~30mim后静置12~48h至上层的石油醚与下层的提取液分开，回收上层液，下层液体再次加入分液漏斗中并加下层液体体积2~3倍的石油醚，震荡静置分层，每隔10~30min换一次石油醚，直到上层液体到无色为止；
E、后处理：将萃取后的下层液进行蒸发，然后置于温度50~70℃下恒温干燥12~24h得到核桃青皮提取物。
2.根据权利要求1所述农林废弃物复配缓蚀剂，其特征在于A步骤中所述核桃青皮粉的粒径为300~1000μm。
3.根据权利要求1所述农林废弃物复配缓蚀剂，其特征在于所述酸洗液中酸为盐酸、硫酸或磷酸，酸洗液的浓度为0.5~5.0mol/L。
4.一种权利要求1、2或3所述农林废弃物复配缓蚀剂的制备方法，其特征在于包括原料准备和配制步骤，具体包括：
A、原料准备：制备农林废弃物提取物备用，同时准备酸洗液、Gemini表面活性剂和氮杂环化合物备用；
B、配制：按原料配方配比将农林废弃物提取物、Gemini表面活性剂和氮杂环化合物加入到酸洗液中搅拌混匀得到农林废弃物复配缓蚀剂。
5.一种权利要求1、2或3所述农林废弃物复配缓蚀剂的应用，其特征在于所述农林废弃物复配缓蚀剂在制备钢、石油化工设备、过滤设备和管道设备清洗剂中的应用。
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