CN114411153B - 一种瓢儿白提取物q235钢缓蚀剂及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于缓蚀剂技术领域，具体涉及一种瓢儿白提取物Q235钢缓蚀剂及其制备方法。一种Q235钢缓蚀剂，所述Q235钢缓蚀剂为瓢儿白提取物。本发明中采用的瓢儿白为一种绿色无公害的植物，且采用经济环保的纯水提取法提取瓢儿白提取物。纯水萃取法操作简单，环保。此外，瓢儿白提取物在硫酸环境中具有良好的溶解性，有利于瓢儿白提取物在Q235钢表面形成均匀致密的保护性膜。

Description

一种瓢儿白提取物Q235钢缓蚀剂及其应用方法
技术领域
本发明属于缓蚀剂技术领域，具体涉及一种瓢儿白提取物Q235钢缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
Q235钢具有独特的物理性能、机械性能和经济效益，广泛应用于石油和天然气等行业。然而，Q235钢的耐蚀性，尤其是在酸性介质中的耐蚀性，是钢铁行业面临的最大挑战。在一些工业操作中，酸的使用频率非常高，如除垢和清洗，这对低碳钢的严重腐蚀有潜在的危险。为了延长Q235钢的使用寿命，将酸引起的破坏性及可能出现的后果降到最低，最有效的方法就是添加缓蚀剂。
现有技术中，常用无机缓蚀剂来缓解金属的腐蚀，如铬酸盐、锌、亚硝酸盐、钼酸盐、聚磷酸盐等，但是会对环境造成不同程度的破坏。近年来，随着环境保护意识的增强和可持续发展理念的深入，探索无毒、可生物降解的绿色缓蚀剂已成为研究的重点。有机化合物具有效率高、成本低、易于合成和应用、可循环利用、污染小等优点。这些有机化合物通常含有富电子杂原子(S、N、O、P)，官能团(-COOH、-OH、-NH、-SH)和离域π富电子芳香环，这些特性有利于配位键的形成，使电子和金属的空轨道形成保护膜，可以提供更有效的缓蚀作用。
近年来，植物提取物作为绿色缓蚀剂，因其来源广泛、效果显著而受到广大腐蚀工作者的重视。目前亟需一种针对Q235钢的植物提取物缓蚀剂。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种瓢儿白提取物Q235钢缓蚀剂及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种Q235钢缓蚀剂，所述Q235钢缓蚀剂为瓢儿白提取物。
进一步地，所述瓢儿白提取物的制备方法为：
将瓢儿白坏叶去掉，洗净，并用去离子水多次冲洗，然后晾干，利用粉碎机制成粉末状态，将瓢儿白粉末放入超纯水中进行煮沸并进行浓缩，过滤得到瓢儿白浓缩溶液，将冷却至室温的浓缩溶液放入冰箱冷冻至完全冻结，进行冷冻干燥机，获得干燥的瓢儿白提取物，放入干燥器中备用。
进一步地，采用所述瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂，缓蚀效率能够达到94.3％。
一种以瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂的应用方法，所述方法以瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂制备Q235钢酸洗溶液。
进一步地，所述方法以瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂，将缓蚀剂溶于硫酸溶液中，制备获得以瓢儿白提取物为缓蚀剂的Q235钢酸洗溶液；所述方法具体包括：
(1)制备瓢儿白提取物：将瓢儿白坏叶去掉，洗净，并用去离子水多次冲洗，然后晾干，利用粉碎机制成粉末状态，将瓢儿白粉末放入超纯水中进行煮沸并进行浓缩，过滤得到瓢儿白浓缩溶液，将冷却至室温的浓缩溶液放入冰箱冷冻至完全冻结，进行冷冻干燥机，获得干燥的瓢儿白提取物，放入干燥器中备用；
(2)Q235钢酸洗溶液制备：将所述瓢儿白提取物溶于一定浓度的硫酸溶液中，获得应用瓢儿白提取物为缓蚀剂的Q235钢酸洗溶液。
进一步地，步骤(2)中，采用的硫酸溶液的浓度范围为0.01-2M；制备获得的Q235钢酸洗溶液中，瓢儿白提取物的浓度范围为100-600mg/L。
进一步地，步骤(1)制备瓢儿白提取物的过程中，瓢儿白粉末与超纯水的比例为每1L超纯水中加入200g瓢儿白粉末。
本发明的有益技术效果：
本发明中采用的瓢儿白为一种绿色无公害的植物，别名云南瓢白，是白菜(Brassica rapa subsp.pekinensis)的一种，为芸苔属植物拉伯无性系种群。且本发明所述提供的方法采用经济环保的纯水提取法提取瓢儿白提取物。纯水萃取法操作简单，环保。此外，瓢儿白提取物在硫酸环境中具有良好的溶解性，有利于瓢儿白提取物在Q235钢表面形成均匀致密的保护性膜。瓢儿白提取物中含有1,2-苯二甲酸，2,3-二氰基丙酰胺，4-吡啶羧酸，1,2-二氮杂茚等分子，分子结构中的共轭结构有利于其与金属表面相互作用从而在金属表面生成牢固的保护膜。该提取物在钢表面吸附成膜是一个自发的动态过程，膜为单分子层结构。该吸附过程符合朗格缪尔吸附等温模型，是物理吸附与化学吸附共同作用的结果，但以化学吸附为主。
附图说明
图1a为本实施例中不同浓度瓢儿白提取物对Q235钢在H2SO4环境下的极化曲线；
图1b为本实施例中不同浓度瓢儿白提取物对Q235钢在H2SO4环境下的OCP曲线；
图2a为本实施例中不同浓度瓢儿白提取物浸渍Q235钢的Nyquist图；
图2b为本实施例中不同浓度瓢儿白提取物浸渍Q235钢的Bode图；
图3a为本实施例中，在298K下，Q235钢样品在0.5M H2SO4中浸泡4小时后的样品表面；
图3b为本实施例中，在298K下，Q235钢样品在在含200mg/L瓢儿白提取物的0.5MH2SO4中浸泡4小时后的样品表面；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
本发明实施例提供一种Q235钢缓蚀剂，所述Q235钢缓蚀剂为瓢儿白提取物。
优选地，所述瓢儿白提取物的制备方法为：将瓢儿白坏叶去掉，洗净，并用去离子水多次冲洗，然后将其晾干。利用粉碎机将其制成粉末状态，将200g粉末放入装有1L超纯水的烧杯中进行煮沸并进行浓缩，过滤得到瓢儿白浓缩溶液。将室温的浓缩溶液放入冰箱冷冻，为确保浓缩物完全，本实施例中冻结设定时间为24小时。最后在冷冻干燥机中对浓缩液进行完全干燥，干燥的瓢儿白提取物放入干燥器中备用。
本发明实施例还提供一种以瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂的应用方法，所述方法以瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂制备Q235钢酸洗溶液。
在本实施例中，所述方法以瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂，将缓蚀剂溶于硫酸溶液中，制备获得以瓢儿白提取物为缓蚀剂的Q235钢酸洗溶液；所述方法具体包括：
(1)制备瓢儿白提取物：将瓢儿白坏叶去掉，洗净，并用去离子水多次冲洗，然后晾干，利用粉碎机制成粉末状态，将瓢儿白粉末放入超纯水中进行煮沸并进行浓缩，过滤得到瓢儿白浓缩溶液，将冷却至室温的浓缩溶液放入冰箱冷冻至完全冻结，进行冷冻干燥机，获得干燥的瓢儿白提取物，放入干燥器中备用；
(2)Q235钢酸洗溶液制备：将所述瓢儿白提取物溶于一定浓度的硫酸溶液中，获得应用瓢儿白提取物为缓蚀剂的Q235钢酸洗溶液。
步骤(2)中，采用的硫酸溶液的浓度范围为0.01-2M；制备获得的Q235钢酸洗溶液中，瓢儿白提取物的浓度范围为100-600mg/L。
本发明采用电化学方法、表面形貌等方法对瓢儿白提取物的抗腐蚀性能进行了以下研究：
电极与Q235钢酸洗溶液的制备
测试样品为Q235钢(Fe 99.9％)，钢块密封在环氧树脂里面，留有1cm×1cm的接触面积。；测试前将钢样品在400、800、1200、2000目的砂纸上将表面打磨至光亮，用去离子水和无水乙醇超声清洗，冷风吹干备用。
将瓢儿白提取物溶于0.5M硫酸溶液中，制备50、100、150、200mg/L的试验溶液，获得含有不同浓度瓢儿白提取物的Q235钢酸洗溶液进行电化学试验。
用分析纯的98％浓硫酸和去离子水稀释得到0.5M H2SO4溶液。每一组实验均使用新配制的溶液。
电化学测试：电化学测试采用传统的三电极体系，在CHI760E(上海辰华仪器公司)电化学工作站进行。Q235钢作为工作电极(WE)，对电极(CE)为4cm2的铂片，饱和甘汞电极作为参比电极(RE)。在本实验中，所有的电位值均是相对于饱和甘汞电极的电位，实验在恒温水浴中进行。
实验之前，将测试样品分别在不同测试溶液(包括0.5M H2SO4溶液、以及含有不同浓度瓢儿白提取物的Q235钢酸洗溶液)中浸泡1200s以获得稳定的开路电位(Eocp)，之后在开路电位的基础上进行电化学阻抗谱(EIS)分析，频率范围为100000-0.01Hz，利用Zsimpwin软件对EIS数据进行拟合分析。缓蚀效率(η)由如下公式得到：
η(％)＝(icorr,0-icorr)/(icorr,0)×100％
其中，icorr,0和icorr分别表示没有加入缓蚀剂和加入缓蚀剂的腐蚀电流密度。每组测量都在相同的实验条件下进行三次，以确保重现性。
表面形貌观察：用于SEM测试的Q235试样尺寸为0.50cm×0.50cm×0.50cm，测量前将Q235在400、800、1200、2000、3000、5000、7000目的砂纸上将表面打磨至光亮，用去离子水和无水乙醇超声清洗，冷风吹干后分别放入0.5M H2SO4溶液和200mg/L的H2SO4溶液中，在298K的恒温水浴中浸泡4h。取出Q235后，用去离子水和无水乙醇超声清洗，并冷风干燥。测试仪器为环境扫描电子显微镜(Quattro S)。
为了研究Q235电极的表面性质和瓢儿白提取物在钢表面吸附的动力学过程，在298K时，Q235电极在不同浓度的溶液中，进行电化学阻抗测试。
图1为Q235电极在0.5M H2SO4溶液中添加不同浓度的瓢儿白提取物后的极化曲线和开路电位(OCP)。从图1(b)可以明显看出，Q235电极在待测环境中经历陡峭状态后，断路电位曲线在最后200秒内几乎处于稳定波动状态。这说明Q235电极界面上的反应状态已达到稳定状态。图1(a)为不同浓度在H2SO4环境下的Q235电极的极化曲线。添加提取物缓蚀剂后，整个腐蚀电位明显向阴极电位转移。这说明瓢儿白提取物在Q235界面吸附后能有效抑制氧还原过程。随缓蚀剂加入的阴极分支曲线与空白试样平行，且缓蚀剂浓度对βc的影响较小，说明缓蚀剂对阴极析氢反应的影响较小。随着瓢儿白提取物浓度的增加，其icorr值显著降低。这说明瓢儿白提取物缓蚀剂在Q235界面形成保护膜，抑制了Q235电极的腐蚀。
采用Tafel外推法得到相应的极化曲线数据，如表1所示。在不含瓢儿白提取物的试验溶液中，Q235电极表面的icorr值为2.62μA cm2。当添加瓢儿白提取物浓度200mg/L时，Q235电极界面的icorr降至0.15μA cm2；瓢儿白提取物缓蚀效率可达94.3％。添加瓢儿白提取物缓蚀剂后，Ecorr值变化小于85mV。由此判断瓢儿白提取物为混合抑制剂。随着瓢儿白提取物浓度的增加，腐蚀电流均显著降低，缓蚀效率η逐渐增大。
表1不同浓度瓢儿白提取物在H2SO4溶液中浸出Q235的极化曲线参数
Figure BDA0003359746400000071
电化学阻抗谱：图2为添加不同浓度瓢儿白提取物Q235电极在硫酸溶液中的电化学阻抗谱。如图2a所示，在Nyquist曲线上显示的下降电容回路与钢表面吸附物种的不均匀性和界面阻抗的频散有关。与空白样品相比，添加缓蚀剂后电容直径明显增大。电弧直径随浓度的增加而增大，说明缓蚀剂在钢表面形成一层保护膜，能有效抵抗腐蚀颗粒的侵蚀。
采用等效电路图拟合EIS参数，拟合后的参数如表2所示。可以清楚地发现，随着瓢儿白提取物浓度的增加，CPE的值随着瓢儿白提取物的增加而明显呈现下降的趋势，这是因为瓢儿白提取物形成一个紧密有序的保护膜，代替Q235表面的水分子而吸附于Q235表面，因此暴露在腐蚀性环境中的Q235电极面积减少。Rct的值随着瓢儿白提取物浓度的增大而增加，表明了瓢儿白提取物在Q235表面的吸附阻碍了电荷的转移。因此，电化学阻抗谱数据可以有力地证明瓢儿白提取物具有较高的缓蚀性能。
Bode图中，随着瓢儿白提取物的加入，低频区的阻抗值明显增大，低频区的阻抗相对于空白增加了一个数量级，相位角曲线变得更高、更宽，这表明瓢儿白提取物的缓蚀效果好，可以自发地在Q235表面形成一层保护膜。
表2不同浓度的瓢儿白提取物浸泡Q235电极的EIS数据
Figure BDA0003359746400000081
图3为不同实验处理后Q235试样的SEM图像。Q235试样在0.5M H2SO4中浸泡4小时后的表面特征如图3a所示。整个Q235表面呈现珊瑚石样外观。图3b为Q235样品在含有200mg/L瓢儿白提取物缓蚀剂的H2SO4溶液中浸泡4小时后的表面形貌，表面形貌平整，可以看到抛光的痕迹，几乎没有腐蚀的迹象，对比图3a可以有效证明瓢儿白提取物缓蚀剂在硫酸环境中对Q235的腐蚀具有抑制作用，从而验证了电化学实验结果。

Claims (1)

1.一种Q235钢缓蚀剂，其特征在于，所述Q235钢缓蚀剂为瓢儿白提取物；瓢儿白提取物中含有1,2-苯二甲酸，2,3-二氰基丙酰胺，4-吡啶羧酸，1,2-二氮杂茚，分子结构中的共轭结构有利于与金属表面相互作用从而在金属表面生成牢固的保护膜；
方法以瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂，将缓蚀剂溶于硫酸溶液中，制备获得以瓢儿白提取物为缓蚀剂的Q235钢酸洗溶液；所述方法具体包括：
（1）制备瓢儿白提取物：将瓢儿白坏叶去掉，洗净，并用去离子水多次冲洗，然后晾干，利用粉碎机制成粉末状态，将瓢儿白粉末放入超纯水中进行煮沸并进行浓缩，过滤得到瓢儿白浓缩溶液，将冷却至室温的浓缩溶液放入冰箱冷冻至完全冻结，进行冷冻干燥机，获得干燥的瓢儿白提取物，放入干燥器中备用；制备瓢儿白提取物的过程中，瓢儿白粉末与超纯水的比例为每1L超纯水中加入200g瓢儿白粉末；
（2）Q235钢酸洗溶液制备：将所述瓢儿白提取物溶于一定浓度的硫酸溶液中，获得应用瓢儿白提取物为缓蚀剂的Q235钢酸洗溶液；采用的硫酸溶液的浓度范围为0.01-2 M；制备获得的Q235钢酸洗溶液中，瓢儿白提取物的浓度范围为100-600 mg/L；
采用所述瓢儿白提取物为Q235钢缓蚀剂，缓蚀效率能够达到94.3%。
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