CN114540819A - 一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于缓蚀剂制备技术领域，公开了一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用，所述基于火棘果的缓蚀剂的活性成分为火棘果的乙醇提取物；所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法包括：将洗净的火棘果烘干后研磨成粉末；取火棘果粉末加入盛有无水乙醇的大烧杯中，搅拌均匀后，用保鲜膜将大烧杯的口密封，置于室温下浸泡，得上清液；将上清液倒入旋转蒸发仪中进行蒸发浓缩，得浓缩液；将装有浓缩液的烧杯放入烘箱中干燥，得火棘果的乙醇提取物。本发明提供的基于火棘果的缓蚀剂在0.5M硫酸介质中可以有效的抑制铜的腐蚀。本发明将火棘果的乙醇提取物作为缓蚀剂，具有材料来源广、性价比高、所提取的成分纯天然无污染等优势。

Description

一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用
技术领域
本发明属于缓蚀剂制备技术领域，尤其涉及一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用。
背景技术
目前，缓蚀剂是添加于腐蚀介质中使金属腐蚀速度显著降低的物质，因具有用量小(千万分之几到千分之几)、价格低、来源广、效果好和通用性强等优点，在各种金属防护方法中占据了重要地位。缓蚀剂按化学成分可以分为无机类和有机类。无机缓蚀剂是促使金属钝化的氧化物或能在金属表面成膜的无机盐类，如亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸三钠等；有机缓蚀剂分子大多有容易被金属表面吸附的极性基团及由碳、氢组成的非极性基团，如胺类、杂环化合物和咪唑类。在工业生产中，很多设备面临在中性及碱性环境中易腐蚀的问题，一旦这些设备因严重腐蚀而损坏，将导致生产难以连续进行，从而造成巨大损失。而采用添加缓蚀剂的方法，可在一定程度上解决此类腐蚀问题。
火棘果又名救兵粮、救命粮，其果实为梨果，似扁圆球，果皮呈鲜红色，少数品种呈金黄色，平均单果鲜重0.08～0.23g。我国火棘果资源极为丰富，且分布集中，便于采集利用。火棘果实中含有丰富的淀粉、有机酸、蛋白质、氨基酸、维生素和多种矿质元素，火棘果大多鲜食，也可加工成各种饮料。但现有技术中将火棘果提取物作为缓蚀剂并进行应用的技术方案尚未见报道。因此，亟需设计一种新的基于火棘果的缓蚀剂及其制备方法。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中将火棘果提取物作为缓蚀剂并进行应用的技术方案尚未见报道。目前缓蚀剂的种类繁多，按照缓蚀剂的种类可以分为有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。然而，绝大数的缓蚀剂在使用过程中不仅会对环境造成严重污染而且成本高，因此开发和探究绿色廉价的缓蚀剂就显得尤为重要。
解决以上问题及缺陷的难度为：目前对于新型、绿色、廉价缓蚀剂的筛选存在很大难度，植物提取物作为新型绿色缓蚀剂已经得到了许多腐蚀防护学者的关注，然而，很多植物类提取缓蚀剂在制备过程中存在过程复杂，所得提取物的缓蚀性能不高等一系列的问题。
解决以上问题及缺陷的意义为：本发明采用乙醇提取法获得了火棘果提取物作为缓蚀剂，具有制备方法简单、缓蚀效率高、绿色环保、成本低廉等一系列优势。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用。
本发明是这样实现的，一种基于火棘果的缓蚀剂，所述基于火棘果的缓蚀剂的活性成分为火棘果的乙醇提取物，主要成分包括7,8-dimethyl-10-((2R,3R,4S)-2,3,4,5-tetrahydroxypentyl)benzo[g]pteridine-2,4(3H,10H)-dione(DTP),2-amino-3-(((R)-2-amino-2-carboxyethyl)disulfanyl)disulfanyl)propanonic acid(ACP),(S)-2-amino-3-phenylpropanoic acid(APA),(S)-2-amino-5-guanidinopentanoic acid(AGA),1-(2,4-dihydroxy-6-((2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)-tetrahydro-2H-pyran-2-yloxy)phenyl)ethanonbne(DTT),(2R,3S,4S,5R,6R)-2-(hydroxymethyl)-6-phenethoxy-tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triol(HTP)。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于火棘果的缓蚀剂的基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将洗净的火棘果烘干后研磨成粉末；
步骤二，取火棘果粉末加入盛有无水乙醇的大烧杯中，搅拌均匀后，用保鲜膜将大烧杯的口密封，置于室温下浸泡，得上清液；
步骤三，将上清液倒入旋转蒸发仪中进行蒸发浓缩，得浓缩液；
步骤四，将装有浓缩液的烧杯放入烘箱中干燥，得火棘果的乙醇提取物。
进一步，所述步骤一中的烘干条件包括：将火棘果于343K烘干48h。
进一步，所述步骤二中的火棘果粉末的称取量为100g。
进一步，所述步骤二中的无水乙醇的量取容量为1000mL。
进一步，所述步骤二中的无水乙醇的浓度95％。
进一步，所述步骤二中的浸泡时间为15天。
进一步，所述步骤三中的浓缩液的体积为20mL。
进一步，所述步骤四中的烘箱温度设置为343K，所述干燥时间为24h。
本发明的另一目的在于提供一种所述基于火棘果的缓蚀剂在抑制铜的腐蚀中的应用。金属铜具有不错的导热性、延展性、导电性等性质。因此，铜及其合金已经被广泛应用于电气、艺术、轻工、机械制造、建筑工业、国防等重要领域。然而，铜的工艺设备在服役过程中随着时间的推移，它将受到不同程度的直接或间接损坏，通常损坏的形式包括腐蚀、断裂和磨损。其中腐蚀会导致它的使用寿命大为缩短甚至报废，腐蚀带来巨大的经济损失，将导致生产停顿、工作环境恶化、严重安全隐患、资源耗损、产品质量降低和环境污染等一系列问题。
因此，为了有效地除去铜表面的氧化膜(CuO或Cu2O)，通常采用酸洗液对铜表面进行化学酸洗，常见的化学酸洗液包括盐酸、硫酸、硝酸和磷酸等。其中硫酸是最常使用的酸洗液。然而，在酸洗过程中，硫酸在除去铜表面氧化膜的同时也会对铜基底造成一定程度的腐蚀。因此，为了有效地防止硫酸洗液对铜基底腐蚀，需要在硫酸介质中添加少量的缓蚀剂。然而绝大多数的缓蚀剂存在制备过程复杂、成本高、溶解性差以及缓蚀效果不明显等情况。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于火棘果的缓蚀剂在0.5M硫酸介质中可以有效的抑制铜的腐蚀。本发明发明的缓蚀剂相对于传统的缓蚀剂具有制备过程简单、材料来源广、提取的成分纯天然无污染、溶解性好以及缓蚀效果明显等优势。
本发明将火棘果的乙醇提取物作为缓蚀剂，具有材料来源广、性价比高、所提取的成分纯天然无污染等优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于火棘果的缓蚀剂的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的火棘果提取物的傅里叶变换红外光谱图。
图3是本发明实施例提供的火棘果提取物的主要六种化学成分的分子结构式图。
图4(a)和(b)分别是本发明实施例提供的铜样品浸泡在0.5M硫酸溶液中表面形貌图和在0.5M硫酸溶液中添加600mg/L火棘果提取物后的铜表面的形貌图。
图5是本发明实施例提供的铜浸泡在0.5M硫酸介质中添加和未添加火棘果提取物后的3D形貌图。
图6(a)和(b)是本发明实施例提供的将铜电极浸泡在0.5M硫酸溶液中含有不同浓度时的动电位极化曲线图和开路电势图。
图7(a)和(b)是本发明实施例提供的将铜电极浸泡在0.5M硫酸溶液中含有不同浓度时的Nyqusit图和Bode图。
图8是本发明实施例提供的用于拟合电化学阻抗谱数据的等效电路图。
图9是本发明实施例提供的火棘果提取物在铜表面的朗缪尔吸附等效电路图。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的基于火棘果的缓蚀剂活性成分为火棘果乙醇提取物。
主要成分包括7,8-dimethyl-10-((2R,3R,4S)-2,3,4,5-tetrahydroxypentyl)benzo[g]pteridine-2,4(3H,10H)-dione(DTP),2-amino-3-(((R)-2-amino-2-carboxyethyl)disulfanyl)disulfanyl)propanonic acid(ACP),(S)-2-amino-3-phenylpropanoic acid(APA),(S)-2-amino-5-guanidinopentanoic acid(AGA),1-(2,4-dihydroxy-6-((2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)-tetrahydro-2H-pyran-2-yloxy)phenyl)ethanonbne(DTT),(2R,3S,4S,5R,6R)-2-(hydroxymethyl)-6-phenethoxy-tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triol(HTP)。
如图1所示，本发明实施例提供的基于火棘果的缓蚀剂的制备方法包括以下步骤：
S101，将洗净的火棘果烘干后研磨成粉末；
S102，取火棘果粉末加入盛有无水乙醇的大烧杯中，搅拌均匀后，用保鲜膜将大烧杯的口密封，置于室温下浸泡，得上清液；
S103，将上清液倒入旋转蒸发仪中进行蒸发浓缩，得浓缩液；
S104，将装有浓缩液的烧杯放入烘箱中干燥，得火棘果的乙醇提取物。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明提供火棘果提取物作为缓蚀剂及其应用，本发明的缓蚀剂在0.5M硫酸介质中可以有效的抑制铜的腐蚀。火棘果作为缓蚀剂具有材料来源广、性价比高、所提取的成分纯天然无污染。
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了火棘果提取物缓蚀剂，所述火棘果提取物缓蚀剂的活性成分为火棘果的乙醇提取物。
本发明实施例提供的火棘果的乙醇提取方法如下：将洗净的火棘果于343K烘干48h后研磨成粉末，取100g火棘果粉末加入盛有1000mL的无水乙醇(浓度95％)的大烧杯中，搅拌均匀后，用保鲜膜将大烧杯的口密封，放在室温下浸泡15天。然后将上清液也倒入旋转蒸发仪中进行蒸发浓缩，得到20mL浓缩液，将装有浓缩液的烧杯放入温度设置为343K烘箱中，然后在烘箱中干燥24h，得火棘果的乙醇提取物。
本实施例进行了电化学测试实验，实验过程中使用纯铜作为工作电极，在进行电化学测试时用环氧树脂对铜电极进行密封仅露出一个工作面(1×1cm2)在腐蚀介质中，电化学测试时使用的工作站型号为Chi760E，采用的三电极体系进行测试，其中铜为工作电极、铂为对电极、饱和甘汞电极为参比电极。在进行电化学测试前将铜电极在400到2000目的砂纸进行打磨，直到整个电极表面打磨平整后，将铜电极浸泡无水乙醇中进行超声处理，然后在冷风中吹干。首先进行的开路电位测试，测试时间为1800秒，使得铜表面获得一个稳定的状态。然后进行电化学阻抗谱测试，测试的频率范围为100000Hz到0.01Hz，激励信号为5mV的正弦波。最后进行动电位极化曲线测试，极化曲线的测试区间为Eocp±250mV，扫描速率为1mV/s。火棘果提取物被配制成浓度分别为50mg/L、100mg/L、300mg/L和600mg/L的浓度梯度。0.5M的硫酸溶液作为空白对照。相同浓度的电化学实验测定三次以获得较好的重现性。电化学阻抗谱和极化曲线的缓蚀效率计算公式为：
Figure BDA0003486876520000061
Figure BDA0003486876520000062
其中，Rp表示含有缓蚀剂时的极化电阻、Rp,0表示不含缓蚀剂时的极化电阻。icorr表示含有缓蚀剂时的腐蚀电流密度、icorr,0表示不含缓蚀剂时的腐蚀电流密度。
本实施例提到的缓蚀剂是指采用乙醇提取法获得的火棘果提取物。
本实施例将0.5×0.5×0.5cm3的铜试样依次用180到7000目的金相砂纸打磨至光亮，然后依次用超纯水、无水乙醇超声清洗；在温度为298K下浸泡在0.5M硫酸溶液和含有600mg/L火棘果提取物的0.5mol/L硫酸溶液中20小时后取出。扫描电镜的型号为TESCANMIRA3FE。
本实施例将1×1×0.1cm3的铜试样依次用180到7000目的金相砂纸打磨至光亮，然后依次用超纯水、无水乙醇超声清洗；在温度为298K下浸泡在0.5M硫酸溶液和含有600mg/L火棘果提取物的0.5mol/L硫酸溶液中8小时后取出。原子力显微镜的型号为MFP-3D-BIO。
本实施例采用了傅里叶变换红外光谱仪器(NicoletiS50)对火棘果提取物中的官能团进行了测试，测试范围为4000cm-1to400cm-1。
见附图2，附图2是火棘果提取物的红外光谱图，其中3273cm-1的宽峰是由O-H键的伸缩振动引起的，2938cm-1的峰是由C-H键的伸缩振动引起的，1720cm-1的峰是由C＝O键的伸缩振动引起的。1600cm-1的峰是由C＝C键的伸缩振动引起的。1400cm-1的峰是由-CH3键的伸缩振动引起的。1230cm-1的峰是由C-N键的伸缩振动引起的。1000cm-1附近的吸收峰是由脂肪族或芳香族上C-H键振动引起的。885cm-1的峰是由S-S键的伸缩振动引起的。
见附图3，附图3是根据傅里叶红外光谱图以及火棘果成分的相关文献得到的火棘果提取物的主要六种成分的分子结构式，可以明显发现这六种成分中含有大量含有氧、氮以及硫的杂原子，这表明火棘果提取物能够展现出高的缓蚀性能。
见附图4，附图4(a)和(b)是将铜样品在289K浸泡在0.5M硫酸溶液中未添加和添加600mg/L火棘果提取物时的表面形貌图，可以明显发现添加火棘果提取物整个铜样品表面明显变得平整光亮，而未添加火棘果提取物的铜表面腐蚀空洞多而密，这表明火棘果提取物在铜表面吸附后能够有效的抑制硫酸对铜的腐蚀作用。
见附图5，附图5将铜样品在289K浸泡在0.5M硫酸溶液中未添加和添加600mg/L火棘果提取物时的3D形貌图以及等高线图，从图5中可以发现添加火棘果提取物和未添加火棘果提取物的平均粗糙度分别为48.8nm和10.8nm。因此AFM测试结果和SEM测试结果是相符合的。
见附图6，附图6(a)和(b)分别呈现了铜电极浸泡在0.5M硫酸溶液中含有不同浓度时的极化曲线和开路电势图，可以发现当铜电极在待测液中浸泡1800秒后，开路电位曲线明确趋于平稳，随着火棘果提取物浓度的增加，开路电位曲线向阴极方向移动，这表明火棘果提取物在铜表面吸附后能够有效的抑制阴极的反应。如附图6(a)所示，随着火棘果提取物浓度的增加，腐蚀电流密度明显呈现出下降的趋势，这表明火棘果提取物在铜表面吸附能够有效的抑制铜的腐蚀。采用Tafel外推法获得了表1中的参数，从表1中可以明显发现随着火棘果提取物浓度的增加，缓蚀效率明显呈现出增加的趋势，当火棘果提取物的浓度达到600mg/L时，缓蚀效率能够达到95.5％。因此可以表明火棘果提取物属于高性能的缓蚀剂。
表1铜电极浸泡在0.5M硫酸溶液中含有不同浓度的火棘果提取物时的极化曲线参数
Figure BDA0003486876520000081
见附图7，附图7(a)和(b)分别呈现了铜电极浸泡在不同浓度火棘果提取物中的时的Nyqusit图和Bode图。如图7(a)所示，随着火棘果提取物浓度的增加，容抗弧半径明显呈现出一个增大的趋势，这表明火棘果提取物在铜表面吸附后能够有效的抑制铜表面的电荷转移作用，从而有效的抑制了铜的腐蚀。另外，Bode图也随着火棘果提取物浓度的增加呈现出变高变宽的趋势，这表明火棘果提取物在铜表面形成了致密有序的保护膜。采用附图8中的等效电路图对电化学阻抗谱数据进行了拟合，拟合后的数据如表2所示，可以明显发现当火棘果提取物的浓度为600mg/L时，此时，火棘果的缓蚀效率能够达到96.4％。
表2铜电极浸泡在0.5M硫酸溶液中含有不同浓度火棘果提取物时的电化学阻抗谱参数
Figure BDA0003486876520000091
见附图9，附图9为火棘果提取物在铜表面吸附后，拟合得到的等温吸附曲线图。拟合后的线性回归系数十分接近于1，这表明火棘果提取物在铜表面的吸附符合朗缪尔单层吸附模型。通过吸附的吸附吉布斯自由能可以判断火棘果提取物在铜表面的吸附同时存在物理和化学吸附，并且以化学吸附为主。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于火棘果的缓蚀剂，其特征在于，所述基于火棘果的缓蚀剂的活性成分为火棘果的乙醇提取物，主要成分包括7,8-dimethyl-10-((2R,3R,4S)-2,3,4,5-tetrahydroxypentyl)benzo[g]pteridine-2,4(3H,10H)-dione，2-amino-3-(((R)-2-amino-2-carboxyethyl)disulfanyl)disulfanyl)propanonic acid，(S)-2-amino-3-phenylpropanoic acid，(S)-2-amino-5-guanidinopentanoic acid，1-(2,4-dihydroxy-6-((2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)-tetrahydro-2H-pyran-2-yloxy)phenyl)ethanonbne，(2R,3S,4S,5R,6R)-2-(hydroxymethyl)-6-phenethoxy-tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triol。
2.一种应用如权利要求1所述基于火棘果的缓蚀剂的基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将洗净的火棘果烘干后研磨成粉末；
步骤二，取火棘果粉末加入盛有无水乙醇的大烧杯中，搅拌均匀后，用保鲜膜将大烧杯的口密封，置于室温下浸泡，得上清液；
步骤三，将上清液倒入旋转蒸发仪中进行蒸发浓缩，得浓缩液；
步骤四，将装有浓缩液的烧杯放入烘箱中干燥，得火棘果的乙醇提取物。
3.如权利要求2所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的烘干条件包括：将火棘果于343K烘干48h。
4.如权利要求2所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的火棘果粉末的称取量为100g。
5.如权利要求2所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的无水乙醇的量取容量为1000mL。
6.如权利要求2所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的无水乙醇的浓度95％。
7.如权利要求2所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的浸泡时间为15天。
8.如权利要求2所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的浓缩液的体积为20mL。
9.如权利要求2所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤四中的烘箱温度设置为343K，所述干燥时间为24h。
10.一种如权利要求1所述基于火棘果的缓蚀剂在抑制铜的腐蚀中的应用。
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