盐酸溶液中几种植物提取液对铁的缓蚀性能研究.docx

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盐酸溶液中几种植物提取液对铁的缓蚀性能研究

本科毕业论文

论文题目：

盐酸溶液中几种植物提取液对铁的缓蚀性能研究

系：

化学与化学工程系

专业：

化学

班级：

2011级

学号：

114101011044

学生姓名：

周丹妮

指导教师：

王毅红

2015年5月14日

六盘水师范学院本科毕业论文（设计）诚信责任书

本人郑重声明：

本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日期：

目录

六盘水师范学院本科毕业论文（设计）诚信责任书I

目录I

摘要I

第一章序言1

1.1研究背景1

1.2缓蚀剂的发展阶段1

1.3缓蚀剂的分类2

1.4缓蚀剂研究现状3

1.4.1国内现状3

1.4.2国外现状4

1.5研究方法4

1.5.1失重法[22]4

1.5.2原子吸收分光光度法[24]5

第二章实验部分1

2.1实验材料、药品及仪器1

2.1.1实验材料1

2.1.2实验药品1

2.1.3实验仪器1

2.2实验材料及其预处理2

2.2.1缓蚀剂的制备2

2.2.2试样铁皮的处理2

第三章实验方法3

3.1失重法3

3.1.1用失重法对17种植物进行初步实验3

3.1.2用失重法对效果较好的4种植物进行实验3

第四章实验结果与分析5

4.1失重法测其缓蚀速率5

4.2原子吸收分光光度法测Fe2+的浓度12

第五章结论及存在的问题14

5.1结论14

5.2存在的问题及改进的建议14

参考文献15

致谢16

盐酸溶液中几种植物提取液对铁的缓蚀性能研究

摘要

本文先采用了失重法粗略研究了0.5mol/LHCl溶液中十七种植物对铁的缓蚀作用，从中选取四种缓蚀效果较好的植物，采用失重法和原子吸收分光光度法对其在0.5mol/LHCl溶液中进行缓蚀性能的研究。

失重法结果表明：

在不同温度下，这四种植物的缓蚀效果都随着缓蚀剂浓度的增加而增加，在40℃时的缓蚀效果是最佳的。

在这四种植物中，竹叶的缓蚀效果是最好的，最高缓蚀率可达56.12%。

原子吸收分光光度法表明：

铁片在HCl溶液中反应1h后，Fe2+的浓度为2.8502，在加入缓蚀剂后，其Fe2+的浓度都比没有加缓蚀剂时的低。

关键词：

盐酸，缓蚀，提取液，铁

Severalkindsofplantextractinhydrochloricacidsolutionstudyofcorrosioninhibitionofiron

Abstract

Thispaperadoptedthemethodoffirstroughly17,0.5mol/LHClsolutionisstudiedforthecorrosioninhibitionofironplant,selectedfromfourkindsofcorrosioneffectgoodplant,byweight-lossmethodandatomicabsorptionspectrophotometricmethodforthein0.5mol/LHClsolutionforastudyofcorrosioninhibition.

Weightlessnessmethodresultsshowthatunderdifferenttemperature,thecorrosioneffectofthefourplantsareincreasedwiththeincreaseofcorrosioninhibitorconcentrationincreased,at40℃corrosioneffectisbest.Inthefourkindsofplants,thecorrosioneffectofbambooleavesarethebest,thehighestcorrosionratecanreach56.12%.

AtomicabsorptionspectrophotometryshowedthatironinHClsolution1hafterthereaction,theconcentrationofFe2+was2.8502,afterjoincorrosioninhibitor,itsFe2+concentrationislowerthanwithoutaddingcorrosioninhibitor.

Keywords:

Hydrochloricacid，Corrosion，Eextracting，Iron

第一章序言

1.1研究背景

据报道，我国每年因腐蚀造成的经济损失已超过1.5万亿元，据有关资料统计，全世界每年因腐蚀而消耗的金属达一亿吨以上，约占金属年产量的30%，所以，大力发展防腐蚀技术，已成为减少腐蚀损失、推进资源节约的迫切需要。

到今天，已经有许多防止腐蚀的新方法问世，而缓蚀剂在保护资源、减少材料损失方面很有成效，是防止金属腐蚀的重要手段之一。

目前在工业上使用的缓蚀剂多为无机缓蚀剂和人工合成的有机缓蚀剂，它们存在着缓蚀性能差、添加量多、毒性大、成本高、对环境污染严重等问题[1]。

进入21世纪，随着环境保护和安全意识的加强，许多对人类有毒有害，对环境有污染的缓蚀剂将被限制使用。

研究和开发出对环境不构成破坏的无毒无公害的环境友好型缓蚀剂，是缓蚀剂未来的研究方向。

目前，以天然植物提取物作为缓蚀剂具有性能高效、低毒、价廉的特点，同时它来源广、直接排放不会污染环境，是一种绿色环保型缓蚀剂，在缓蚀剂研究领域中具有重要地位和很好的发展前景[2]。

六盘水市——中国凉都，位于贵州西部，地处云贵川交接，境内平均海拔在1400-1900米之间，地理位置优越，境内地理环境复杂，植被种类繁多，2008年六盘水森林覆盖率已为36.02%，植物资源丰富，利用现有丰富的植物资源研究天然缓蚀剂将会使其成本大大降低。

1.2缓蚀剂的发展阶段

缓蚀剂是指那些能够在金属表面起防护作用的化学物质，在金属表面加入微量或少量这类化学物质，能够明显减缓金属材料在该介质中的腐蚀速度，同时还能使金属材料原来的物理机械性能保持不变，我们把这种保护金属的方法称作缓蚀剂保护。

缓蚀剂的用量一般从千万分之几到千分之几，个别情况下用量可达百分之几。

缓蚀剂防护技术由于操作简单，投资少，见效快，保护效果高等优点而被广泛应用于石油加工，钢铁腐蚀，化学清洗，工业用水，大气环境等生产过程，并且逐渐发展为一种防腐蚀的重要手段。

缓蚀剂的发展主要经历了以下几个历史时期[3]：

（1）单功能型缓蚀剂

顾名思义，单功能型缓蚀剂就是所使用的缓蚀剂中只含有某种成分（如氨水），且该成分只对某种固定的物质（如铁、铝）有作用。

当其作用于多种物质时，则这几种物质连接处的腐蚀程度将会不同。

所以对于多种物质组合体使用该类缓蚀剂工序比较复杂，往往不采取该种方法。

（2）多功能型缓蚀剂

多功能型缓蚀剂于20世纪60年代初初步研究成功。

这种缓蚀剂的分子中都含有两个或两个以上的缓蚀基团（如-OH，-N）。

经实验结果表明，这种基团对铁、铜、铜合金以及银等金属都具有良好的缓蚀性能。

（3）低毒高效型缓蚀剂

20世纪90年代以来，在可持续发展战略的影响下，开发高效、对环境无污染的缓蚀剂已经成为我们这个时代的主题。

低毒高效型缓蚀剂大多数是从植物、食物中提取出来的，它价格低廉、低毒、高效、资源丰富，具有广阔的开发和应用前景。

（4）缩聚型缓蚀剂

缩聚型缓蚀剂是科学工作者在有机合成技术的基础上，根据缓蚀剂分子结构与缓蚀性能的关系，把具有两个或两个以上官能团的单体缓蚀剂进行反应，控制反应的聚合度，设计合成具有新型结构的低聚型缓蚀剂（如苯胺缩聚物）。

这种低聚型缓蚀剂的分子量在2000以下，分子长度小于或等于500mm。

这种缩聚而成的缓蚀剂毒性比单体的低，并且具有多个缓蚀基团，相对于单体缓蚀剂来说，缓蚀剂的缓蚀性能得到了很大提高，缓蚀效果也比较好。

（5）杂环型缓蚀剂

杂环型缓蚀剂指的是含有O、N、S等原子的缓蚀剂，具有多个缓蚀基团，对多种金属具有较强的吸附作用，分子内极易形成氢键使缓蚀剂的吸附作用更强。

杂环型缓蚀剂因其结构具有高效、多功能、低毒等特点，大多数属于混合型缓蚀剂。

1.3缓蚀剂的分类

由于缓蚀剂种类繁多、应用比较广泛和缓蚀剂作用机理复杂，使得缓蚀剂的分类方法也比较多。

下面从几个不同的角度对缓蚀剂进行分类[4]：

（1）根据缓蚀剂的化学组成分类：

可以分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂；

（2）根据缓蚀剂对金属化学腐蚀过程的不同作用分类：

可以分为阴极型缓蚀剂、阳极型缓蚀剂和阴、阳混合型缓蚀剂；

（3）根据缓蚀剂在金属表面形成保护膜的特征分类：

可以分为沉淀膜型缓蚀剂、氧化膜型缓蚀剂和吸附膜型缓蚀剂；

（4）根据缓蚀剂的来源分类：

可以分为合成型缓蚀剂、天然型缓蚀剂、复配型缓蚀剂、油田型缓蚀剂、建筑型缓蚀剂和海水型缓蚀剂；

（5）根据介质的酸碱性分类：

可以分为酸性缓蚀剂、碱性缓蚀剂和中性缓蚀剂；

（6）根据在酸性介质的分类：

主要分为盐酸型缓蚀剂，硫酸型缓蚀剂，硝酸型缓蚀剂。

1.4缓蚀剂研究现状

1.4.1国内现状

目前，国内采用天然植物提取液进行缓蚀研究的报道并不少见，其中以竹叶最为多见。

2007年，四川理工学院的龚敏等[5]用浸泡提取法从竹叶中提取有机缓蚀组分，运用正交试验法优选缓蚀剂配方，最优配方的缓蚀率可达95.6%。

李向红、付惠等分别在2009年、2010年、2011年、2012年分别对云南地区的撑绿杂交竹叶[6]、筇竹[7]、钓鱼慈竹竹叶[8]、滑竹叶[9]等竹叶提取物的缓蚀性能进行了研究。

经研究可知，在1.0mol/L的盐酸溶液中，最优条件下撑绿杂交竹叶、筇竹、钓鱼慈竹竹叶对碳钢的缓蚀率分别为94.8%、95%、87%，滑竹叶对铝的缓蚀率为94.3%。

由以上数据可知，竹叶提取物在盐酸介质中表现出很好的缓蚀效果，是一种性能良好的植物型缓蚀剂。

近年来，除了竹子以外，国内还有许多对于植物型缓蚀剂的研究。

2006年，李焰等[10]用失重和电化学测试等方法对黄连提取物在1.0mol/LHCl中对Q235有高达98%的缓蚀作用。

李向红等分别在2009、2011年采用失重法等对元宝枫叶在盐酸[11]和硫酸[12]中进行了缓蚀性能的研究，研究发现，元宝枫叶提取物对冷轧钢有良好的缓蚀性能，最优条件下可达75%以上，且钢的表面吸附符合Langmuir吸附等温式。

2013年，魏国升[13]在他的硕士论文里通过失重法、电化学阻抗等方法在5%H2SO4溶液中对樟树叶和籽植物缓蚀作用进行了研究，其最优条件下的缓蚀率可达97.70%。

在2014年，我国学者还分别对薄荷叶[14]、红茶[15]、柴胡和红花[16]的缓蚀性能进行了初步的研究，并取得了不错的成果。

1.4.2国外现状

国外对植物型缓蚀剂的研究相对于国内比较早，研究的物种多样，近几年的研究也比较多。

LecanteA等人[17]在2011年用电化学方法研究了亚马逊两种树木的生物碱，发现在其生物碱提取物浓度为250mg/L时，缓蚀率都高达92%左右，经分析表明其主要活性成分是哈尔碱。

HussinMH[18]等人分别用电阻抗法和失重法研究了黑儿茶，在乙酸乙酯提取物浓度为5000ppm时，其缓蚀率分别为92.39%、96.78%。

在2012年，GaraiS等人[19]对蒿蚊的的甲醇提取物和其有效成分的缓蚀效果进行了研究，在1mol/L的盐酸溶液中，30下，其活性成分甲醇粗提取物的缓蚀率为98%，熊果苷为93%。

LotoC等人[20]研究了可乐树和绿茶树的提取物对碳钢的缓蚀效果，发现当提取物浓度为100%时，对于腐蚀时间为12天的碳钢的缓蚀率为88.63%，对于腐蚀时间为21天的碳钢的缓蚀率为71%。

CanH等人[21]对甜菊叶提取物的缓蚀作用进行了研究，研究发现在其提取物浓度为0.08g/mL时，常温下和60℃时的缓蚀率分别为90.06%和60.58%。

通过对近几年国内外缓蚀剂文献研究发现，现阶段对植物的叶缓蚀性能的研究较多，对植物花、果实研究较少，可能原因是叶产量较多，比较容易研究。

对于植物缓蚀性能的研究可知，植物型缓蚀剂的缓蚀效果比较好，是一种性能优良的缓蚀剂。

1.5研究方法

1.5.1失重法[22]

失重法是缓蚀剂研究中最常用的一种研究方法，它是指在腐蚀介质中，通过加入缓蚀剂前后金属质量的变化测其腐蚀速度，通过腐蚀速度计算出其缓蚀率的一种方法。

其计算的公式如下：

（1）根据m1和m2计算腐蚀速率v[22]:

v=（m1－m2）/（S•t）

式中S———试样表面积，m2

m1，m2———测试腐蚀前后质量，g

t———腐蚀时间，h

（2）根据腐蚀速率计算缓蚀效率η[23]:

η=（v0－v）/v0×100%

式中η———缓蚀效率，g/（m2•h）

v，v0———有无缓蚀剂时钢板试样的腐蚀速率，g/（m2•h）

1.5.2原子吸收分光光度法[24]

原子吸收光谱分析法是利用被测元素的激态原子有吸收特定辐射波长的能力，而吸收值大小与该原子的浓度存在一定的关系，即朗伯－比尔定律，从而构成了对被测元素进行定性和定量的分析方法。

这种方法具有操作简单，灵敏度高，受干扰少，分析速度快等优点。

该方法能分析几乎所有金属元素，部分半金属元素和非金属元素。

该方法灵敏度比化学分析法高，可以分析低浓度的成分，能够尽早发现腐蚀情况。

在测定时，若腐蚀产物溶解于介质中的金属离子的吸收波长相差不大，可能相互干扰，这时要根据实际情况添加一些掩蔽剂以掩蔽干扰离子，保证测定准确。

第二章实验部分

2.1实验材料、药品及仪器

2.1.1实验材料

本实验所做材料有17种植物，全部采摘于六盘水师范学院和六盘水明湖湿地公园，从中选择了四种植物具体名称见下表2.1。

表2.1实验材料及来源

材料名称

材料来源

1芦苇

2梧桐

3万年青

4香樟

5杨槐

9竹叶

10银杏

12三叶草

17核桃壳

铁皮

六盘水明湖湿地公园

六盘水明湖湿地公园

六盘水明湖湿地公园

六盘水明湖湿地公园

六盘水师范学院

六盘水师范学院

六盘水师范学院

六盘水师范学院

六盘水农贸市场

六盘水五金店

2.1.2实验药品

主要实验药品见表2.2

试剂名称

型号/规格

生产厂商

盐酸

丙酮

无水乙醇

硝酸

硝酸

微孔滤膜

分析纯

分析纯

分析纯

分析纯

优级纯

Q/IEFJ01-1997

成都金山化学试剂有限公司

成都金山化学试剂有限公司

天津市大茂化学试剂厂

国药集团化学试剂有限公司

上海兴亚净化材料厂

2.1.3实验仪器

实验主要仪器见表2.3

表2.3实验主要仪器

设备名称

型号/规格

生产厂家

电子天平

电热鼓风干燥箱

循环水真空泵

电热恒温水浴锅

200克手提式高速万能粉碎机

原子吸收分光光度计

实验室级超纯水机

AL204型

101-2型

SHZ-D（III）型

DK-98-1型

DFT-200

AA-7003

EPED-40TF

梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司

天津市泰斯特仪器有限公司

河南省予华仪器有限公司

天津市泰斯特仪器有限公司

温岭市林大机械有限公司

北京东西分析仪器有限责任公司

南京易普易达科技发展有限公司

2.2实验材料及其预处理

2.2.1缓蚀剂的制备

将所采摘的17种植物分别用清水、去离子水洗净，在低温下（50℃）烘干后，用粉碎机粉碎。

再用分析天平分别称取10g粉末，在30℃下，加入100mL去离子水进行提取，然后抽滤，用去离子水定容于250mL容量瓶里面。

将17种植物中的芦苇、竹叶、银杏和核桃壳的粉末按以上步骤重复两次，提取出这4种植物的提取液。

2.2.2试样铁皮的处理

将铁皮切成30mm*20mm*2mm的铁片，将铁片进行表面处理，分别用无水乙醇、丙酮进行擦洗，自然风干。

第三章实验方法

3.1失重法

3.1.1用失重法对17种植物进行初步实验

将处理过的铁片分别用分析天平准确称重（记为m1），在室温条件下，先取1块铁片放入在加入5mL去离子水，25mLHCl的烧杯中反应，再用量筒按5mL提取液，25mLHCl（总浓度CHCl=0.5mol/L）将17种植物提取液分别加入烧杯中进行反应，1h以后取出将铁片，再分别用去离子水冲洗，无水乙醇、丙酮擦洗，自然风干后，准确称重（记为m2），按以下公式计算其缓蚀率：

3.1.2用失重法对效果较好的4种植物进行实验

将处理过的铁片分别用分析天平准确称重（记为m1），在30℃、40℃、50℃、60℃条件下，先取1块铁片放入在用移液管加入5mL去离子水，25mLHCl的烧杯中反应，再分别把芦苇、竹叶、银杏、核桃壳这4种植物提取液用移液管移取按表2.2.3加入烧杯中进行反应，1h以后取出将铁片，再分别用去离子水冲洗，无水乙醇、丙酮擦洗，自然风干后，准确称重（记为m2），按3.1.1中的公式计算其缓蚀率。

表2.2.3（总浓度CHCl=0.5mol/L）

总量（mL）

提取液（mL）

HCl（mL）

30

30

30

30

30

5

10

15

20

25

25

20

15

10

5

第四章实验结果与分析

4.1失重法测其缓蚀速率

4.1.1盐酸溶液中17种植物的缓蚀效果

表4.117种植物在0.5mol/LHCl溶液中的缓蚀效果

序号

质量差（g）

腐蚀速率（g/m2·h）

缓蚀率（g/m2·h）

0（空白）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

0.0363

0.0220

——

0.0269

0.0252

0.0259

0.0274

0.0260

0.0264

0.0200

0.0212

0.0270

0.0255

0.0278

0.0269

0.0252

0.0250

0.0225

60.50

36.67

——

44.83

42.00

43.17

45.67

43.33

44.00

33.33

35.33

45.00

42.50

46.33

44.83

42.00

41.67

37.50

——

39.39%

——

25.90%

30.58%

28.64%

24.51%

28.38%

27.27%

44.91%

41.60%

25.62%

29.75%

23.42%

25.90%

30.58%

31.2%

38.02%

由上表可知，在这17种植物中，芦苇、竹叶、银杏和核桃壳（1、9、10、17）在0.5mol/LHCl溶液中对铁的缓蚀效果较好，相对来说，其他植物缓蚀性能较差。

4.1.2盐酸溶液中芦苇的缓蚀效果

表4.2芦苇在30℃时的缓蚀效果

加入提取液的量（mL）

质量差

（g）

腐蚀速率

（g/m2·h）

缓蚀率

（g/m2·h）

0

5

10

15

20

25

0.0304

0.0270

0.0249

0.0225

0.0201

0.0178

50.67

45.00

41.55

37.50

33.50

29.67

——

11.19%

18.00%

25.99%

33.89%

41.44%

表4.3芦苇在40℃时的缓蚀效果

加入提取液的量

（mL）

质量差

（g）

腐蚀速率（g/m2·h）

缓蚀率

（g/m2·h）

0

5

10

15

20

25

0.0369

0.0319

0.0285

0.0250

0.0221

0.0188

61.50

53.17

47.50

41.67

36.83

31.33

——

13.54%

22.76%

32.24%

40.11%

49.06%

表4.4芦苇在50℃时的缓蚀效果

加入提取液的量（mL）

质量差

（g）

腐蚀速率

（g/m2·h）

缓蚀率

（g/m2·h）

0

5

10

15

20

25

0.0347

0.0302

0.0270

0.0244

0.0217

0.0191

57.83

50.33

45.00

40.67

36.17

31.83

——

12.97%

22.19%

29.67%

37.45%

44.86%

表4.5芦苇在60℃时的缓蚀效果

加入提取液的量（mL）

质量差

（g）

腐蚀速率

（g/m2·h）

缓蚀率

（g/m2·h）

0

5

10

15

20

25

0.0305

0.0274

0.0254

0.0231

0.0206

0.0185

50.83

45.83

42.33

38.50

34.33

30.83

——

10.15%

16.72%

24.26%

32.46%

39.35%

芦苇缓蚀效果趋势图

4.1.3盐酸溶液中竹叶的缓蚀效果

表4.6竹叶在30℃时的缓蚀效果

加入提取液的量（mL）

质量差

（g）

腐蚀速率

（g/m2·h）

缓蚀率

（g/m2·h）

0

5

10

15

20

25

0.0304

0.0269

0.0245

0.0218

0.0190

0.0165

50.67

44.83

40.83

36.33

31.67

27.50

——

11.53%

19.42%

28.30%

37.50%

45.73%

表4.7竹叶在40℃时的缓蚀效果

加入提取液的量（mL）

质量差

（g）

腐蚀速率

（g/m2·h）

缓蚀率

（g/m2·h）

0

5

10

15

20

25

0.0369

0.0292

0.0259

0.0229

0.0191

0.0162

61.50

48.67

43.17

38.17

31.83

27.00

——

20.86%

29.80%

37.67%

48.24%

56.10%

表4.8竹叶在50℃时的缓蚀效果

加入提取液的量（mL）

质量差

（g）

腐蚀速率

（g/m2*h）

缓蚀率

（g/m2*h）

0

5

10

15

20

25

0.0347

0.0291

0.0260

0.0232

0.0202

0.0180

57.83

48.50

43.33

38.67

33.67

30.00

——

16.13%

25.07%

33.13%

41.78%

48.12%

表4.9竹叶在60℃时的缓