CN111705322B - 一种甜菊苷与醋酸锌复配酸洗缓蚀剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及循环冷却水酸洗除垢领域，具体涉及一种天然来源植物型缓蚀剂及与Zn2+的复配应用。所述缓蚀剂甜菊苷为天然来源植物提取物，为无毒无害绿色缓蚀剂。与目前化学合成的缓蚀剂相比，它在大自然中能迅速分解，不存在使用后的环境问题，对环境和生物无毒无害，符合酸洗缓蚀剂发展的趋势。甜菊苷与锌离子的复配明显改善了保护膜的均匀性和耐腐蚀性，并表现出协同抑制作用，与目前常用的缓蚀剂比较，具有用量低、效率高、持续作用能力强的突出优点，可反复使用，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种甜菊苷与醋酸锌复配酸洗缓蚀剂
技术领域
本发明涉及循环冷却水酸洗除垢领域，具体涉及一种天然来源植物型缓蚀剂及与Zn2+的复配应用。
背景技术
高强度、易获得性、低成本的C1020碳钢在MSF海水淡化厂生产中比其他钢更常用的最重要的目标（Dehdab, M., et al. Desalination 2016, 400, 7; Alamri, A., et al. Desalination 2019, 470, 114100）。然而，不断的蒸发和浓缩的水会导致循环水水质恶化，CCS表面无机结垢，降低设备的传热能力，甚至导致锅炉爆炸等事故，因而需要定期清除。
一种有效的除垢技术是用盐酸或硫酸清洗。不幸的是，这些酸对钢结构造成了严重的腐蚀，给人们带来了巨大的经济损失和潜在的生命危险。为了最大限度地减少装置的腐蚀和结垢，最经济实用的方法是在清洗液中加入有机缓蚀剂。缓蚀剂的作用是将它们的活性功能吸附在钢表面，形成一层物理或化学性质的膜，将钢与腐蚀环境隔离开来。
尽管如此，大多数的缓蚀剂都面临着不可降解、有毒、对环境和生物有害等问题，不能满足工业应用的要求。因此，研究开发新型的、对环境无害的缓蚀剂具有很大意义。
甜菊苷是从甜叶菊叶中提取的一类四环二萜苷类化合物，广泛应用于食品、饮料、医药、日化等行业（Adari, B., et al. Food Chem. 2016, 200, 154; Roy, A., et al. J. Food Eng. 2014, 126, 7）。然而，甜菊苷作为缓蚀剂的研究仍是空白。甜菊苷中的电负性O原子和-OH基团可能为钢表面的相互作用提供了必要的活性中心，从而满足了缓蚀剂的关键标准。此外，在工业生产中，单一类型的缓蚀剂往往不足以满足实际的钢铁防护要求。因此，应充分利用缓蚀剂之间的协同作用，提高缓蚀除垢效果。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种天然来源甜叶菊植物型缓蚀剂及其与Zn2+的复配，解决现有缓蚀剂存在毒性大、难降解、水溶性差、成本高、工艺复杂、易对环境造成二次污染等问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
（1）提取甜菊苷：取10g甜叶菊用乙醚脱脂后放入200 ml烧杯中，加入60 ml 70%乙醇，在80 °C下回流1 h水浴，得到深褐色浸膏，然后向其加入Ca(OH)2和KAl(SO4)2，搅拌、离心、过滤得到亮黄色滤液。将亮黄色滤液用大孔吸附树脂处理，得到的洗脱液干燥再结晶得到甜菊苷，结构如图1。
（2）在室温下，以包封了环氧树脂且一端裸露面积为0.5 cm2 C1020碳钢棒为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，尺寸为1.0 cm × 1.0 cm的铂片电极为辅助电极，采用CHI760e电化学工作站以传统三电极体系的方式测量C1020碳钢工作电极在盐酸溶液中加入不同量甜菊苷及醋酸锌的Tafel极化曲线和交流阻抗，评价其缓蚀性能。
（3）在25 °C和60 °C下，在步骤（2）制备好的腐蚀溶液中进行失重挂片实验，评价其缓蚀性能。
进一步，所述盐酸为1 mol/L。
进一步，所述失重挂片的时间为24小时
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
（1）本发明的复合除垢缓蚀剂的原料简单易得，工艺流程简单，绿色环保，成本低，原料来源广泛，易于实现工业化生产。
（2） 本发明的甜菊苷为天然来源植物提取物，为无毒无害绿色缓蚀剂。与目前化学合成的缓蚀剂相比，它在大自然中能迅速分解，不存在使用后的环境问题，对环境和生物无毒无害，符合酸洗缓蚀剂发展的趋势。
本发明的甜菊苷与锌的复配明显改善了保护膜的均匀性和耐腐蚀性，并表现出协同抑制作用，与目前常用的缓蚀剂比较，具有用量低、效率高、持续作用能力强的突出优点，可反复使用，具有广阔的市场应用前景。附图说明
图1为甜菊苷的结构图。
图2是实施例1得到的C1020碳钢在盐酸溶液中加入不同摩尔比的甜糖苷与Zn2+ 的Nyquist阻抗图谱。
图3是实施例2得到的C1020碳钢在盐酸溶液中加入不同摩尔比的甜糖苷与Zn2+ 的极化曲线图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但不限于此。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1:
（1）用1 mol/L的盐酸溶液配制甜菊苷与醋酸锌摩尔比为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3的测试液，其中1:1时甜菊苷与醋酸锌均为1 mmol/L。
（2）在室温下，以包封了环氧树脂且一端裸露面积为0.5 cm2 C1020碳钢棒为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，尺寸为1.0 cm × 1.0 cm的铂片电极为辅助电极，采用CHI760e电化学工作站以传统三电极体系的方式测量C1020碳钢工作电极在盐酸溶液中加入不同量甜菊苷及醋酸锌的Tafel极化曲线和交流阻抗。
图2是实施例1得到的C1020碳钢工作电极在盐酸溶液中加入不同量甜菊苷及醋酸锌的Nyquist阻抗图谱。图3是实施例1得到的C1020碳钢工作电极在盐酸溶液中加入不同量甜菊苷及醋酸锌的极化曲线图谱。
图2和图3可以突出本发明的特点。
实施例2:
（1）用1 mol/L的盐酸溶液配制1 mmol/L的甜菊苷与2 mmol/L的醋酸锌待测液。
（2）在25 °C条件下，将C1020碳钢片固定在挂片仪上，完全浸没实验溶液中，保持转速为75 rpm旋转24 h，记录实验前后试片的重量。根据公式：v = (w1−w2)/(s×t)计算腐蚀效率，其中w1和w2（mg）为浸泡前后试样的重量损失，s（cm-2）为钢试样的面积，t（h）为浸泡时间；η w= (v0−v)/v0计算缓蚀效率，其中v和v0分别为无缓蚀剂和有缓蚀剂的腐蚀速率。
以上实例2的复配缓蚀剂的缓蚀效率如下表：
表1 实施例2
Figure 752499DEST_PATH_IMAGE001

Claims (3)

1.一种甜菊苷与醋酸锌复配酸洗缓蚀剂，其特征在于采用甜叶菊提取物-甜菊苷作为绿色缓蚀剂，其步骤如下：
（1）提取甜菊苷：取10g甜叶菊用乙醚脱脂后放入200 ml烧杯中，加入60 ml 70%乙醇，在80 °C下回流1 h水浴，得到深褐色浸膏，然后向其加入Ca(OH)2和KAl(SO4)2，搅拌、离心、过滤得到亮黄色滤液， 将亮黄色滤液用大孔吸附树脂处理，得到的洗脱液干燥再结晶得到甜菊苷；
（2）在室温下，以包封了环氧树脂且一端裸露面积为0 .5 cm2 C1020碳钢棒为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，尺寸为1 .0 cm × 1 .0 cm的铂片电极为辅助电极，采用CHI760e电化学工作站以传统三电极体系的方式测量C1020碳钢工作电极在盐酸溶液中加入不同量甜菊苷及醋酸锌的Tafel极化曲线和交流阻抗，评价其缓蚀性能，用1 mol/L的盐酸溶液配制甜菊苷与醋酸锌摩尔比为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3的测试液；
（3）在25 °C和60 °C下，在步骤（2）制备好的腐蚀溶液中进行失重挂片实验，评价其缓蚀性能。
2.根据权利要求1所述甜菊苷与醋酸锌复配酸洗缓蚀剂，其特征在于，能够抑制钢材及其制品在酸洗过程中金属腐蚀或酸液消耗。
3.根据权利要求2所述的复配酸洗缓蚀剂，其特征在于甜菊苷和醋酸锌的最佳比例为1mmol/L：2 mmol/L。
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