优化Vernonia amygdalina提取物的浓度和温度效应，以增强其在碱性溶液中对AA6063合金的腐蚀抑制作用

《Next Research》：Optimising Concentration and Temperature Effects of Vernonia amygdalina Extract for Enhanced Corrosion Inhibition of AA6063 Alloy in Alkaline Solution

本研究以乙醇提取的Vernonia amygdalina叶为环保缓蚀剂，采用电化学极化、吸附模型及热力学分析，在1M NaOH溶液中抑制AA6063铝合金腐蚀率达94.19%（0.3ml，50℃），腐蚀率降至0.50mm/年，Freundlich吸附模型和负ΔG°_ads（-17至-19kJ/mol）证实其物理吸附特性，首次证实其在强碱性环境中对铝合金的有效抑制作用。

　　本研究探讨了从苦叶（Vernonia amygdalina）中提取的乙醇提取物作为环保型腐蚀抑制剂在1 M NaOH溶液中对AA6063铝合金的保护作用。通过电位动态极化测试，发现使用0.3毫升提取物（50°C）时，抑制效率达到94.19%，腐蚀速率从2.39 mm/year显著降低至0.50 mm/year。吸附行为符合弗伦德利希模型（R2 > 0.92），表明其在金属表面形成了不均质的多层覆盖。热力学参数（ΔG°ads = ?17至?19 kJ/mol）支持自发的物理吸附。光学显微图像显示，在被抑制的样品表面保持完整。采用响应面法（RSM）结合中心组合设计（CCD）对工艺进行优化，方差分析（ANOVA）确认了模型的显著性。二次模型优化后，最佳条件为0.3毫升提取物在50°C下（CR = 0.515 mm/year）。与以往主要关注酸性环境和其他植物提取物的研究不同，本研究首次证明了苦叶乙醇提取物作为绿色抑制剂在强碱性环境中对铝的保护作用，从而拓展了其应用范围。这些发现将苦叶定位为一种具有潜力的、源自植物的抑制剂，适用于碱性环境中的铝材料。

铝作为工业材料，自19世纪末以来就因其独特的性能而成为重要的工业材料。在海洋和汽车制造中，铝的早期应用展现了其在重工业中的重要性。20世纪初，铝成为飞机制造的关键材料，标志着现代工程的革命。战后，铝的价值进一步扩展，不再仅仅因其轻质而受到重视。制造商逐渐认识到铝在腐蚀防护、热电传导、可塑性、强度重量比以及成本效益方面的优势。这些特点推动了铝在包装系统、建筑结构、石油基础设施和交通运输网络等多个领域的广泛应用。

尽管铝及其合金在工业中具有广泛的适用性，但在恶劣环境中，尤其是酸性和碱性介质中，仍会导致其腐蚀。这种腐蚀问题依然存在，因为其对材料的破坏和操作上的挑战非常严重。腐蚀过程会引发一系列工业后果，包括生产停工、产品损失和环境污染。这种材料的降解不仅加快了其消耗，还导致了有价值的产品流的损失，构成对资源的浪费。累积的影响显著削弱了操作效率，同时带来了重大的环境负担。铝及其合金的腐蚀性已成为当代材料科学中的重要研究方向，因其广泛的应用。

因此，腐蚀抑制剂对于防止铝及其合金在恶劣环境中的降解至关重要。传统有毒化学抑制剂的使用正受到越来越多的限制，因为它们对环境的影响极为负面。因此，非毒性且天然存在的抑制剂因其环保特性以及丰富的可再生性而受到青睐。植物来源的天然化合物已被证明是有效的、经济且环保的腐蚀抑制剂。从不同植物部位提取的多种有机化合物，如叶子、根、种子和树皮，已被证实能够有效减轻金属的腐蚀。例如，Ran等人研究了番薯（Helianthus tuberosus L.）提取物（HTLE）和茯苓（Poria cocos）提取物（PCSE）在0.01 mol/L NaOH溶液中对AA2024-T3铝合金的腐蚀抑制行为，发现随着提取物浓度的增加，抑制效果也相应提升。Otaibi和Hammud研究了苦叶提取物对钢的抑制作用，发现电化学阻抗谱（EIS）测量在283.4 ppm浓度下显示出高达98%的抑制效率。Fouda等人则研究了苦叶提取物在酸性介质中对碳钢的腐蚀抑制效果，发现EIS测量在1000 ppm浓度下显示出91.1%的高抑制效率。绿色或有机抑制剂的吸附行为受到其分子构成的多种物理化学性质的影响，如供体原子周围的电子密度、金属表面d轨道与抑制剂p轨道之间的相互作用潜力、特定功能基团的存在以及可能的立体影响。

苦叶是一种广泛存在于非洲和亚洲热带及亚热带地区的药用植物。该植物被报道具有多种药理作用，包括抗炎、抗糖尿病、抗疟疾、抗癌和抗菌效果。一些研究人员还指出，苦叶的提取物具有作为良好腐蚀抑制剂的潜力。最近，Udoisoh等人研究了苦叶乙醇提取物作为保护介质对低碳钢的潜在作用，发现乙醇提取物在室温下能够有效降低低碳钢的腐蚀速率，通过在金属表面形成保护膜，防止金属与酸性介质的直接接触。提取物的抑制效果与浓度的增加呈正相关，浓度范围在250至1000 ppm之间。随着暴露时间的增加，低碳钢试样的重量损失显示出持续的腐蚀现象。然而，重量损失与抑制效率和表面覆盖呈反相关，随着提取物浓度的增加，抑制效率和表面覆盖也相应提高。到目前为止，还没有研究探讨苦叶乙醇提取物作为腐蚀抑制剂对铝的保护作用。因此，本研究旨在评估其作为绿色抑制剂在水性碱性溶液中减轻铝腐蚀的潜力。

本研究使用的实验材料包括苦叶（Vernonia amygdalina）、AA6063铝合金样品以及用于制备腐蚀介质的化学试剂。AA6063铝合金试样来自Bells University of Technology机械工程系。这些测试样品在收到和加工后的原始状态下使用，尺寸为4厘米长、2.5厘米宽、0.4厘米厚。在测试前，样品进行了必要的处理，以确保实验的准确性和可重复性。所有实验步骤均按照标准操作程序进行，确保数据的可靠性。

在评估腐蚀防护性能时，发现AA6063铝合金在1 M NaOH溶液中30°C下的开路电位（OCP）图揭示了腐蚀动力学的关键信息。在控制条件下，OCP稳定在-0.5 V，这表明铝在碱性介质中处于活跃的溶解状态。当引入苦叶提取物（0.1–0.3毫升）时，OCP显著向更积极的电位方向移动（-0.3至-0.1 V），其中0.3毫升的提取物（-0.1 V）表现出最显著的位移。这种阳极位移表明，抑制剂优先阻止了金属表面的活性反应，从而减少了腐蚀的发生。通过进一步的分析，发现抑制效果与提取物的添加量和温度密切相关。在不同的提取物浓度和温度条件下，腐蚀速率表现出不同的变化趋势。当温度升高时，腐蚀速率相应降低，表明温度对抑制效果有积极影响。当提取物浓度增加时，抑制效果也相应增强，这表明浓度是影响抑制效果的重要因素。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。

此外，研究还探讨了苦叶提取物在不同温度下的吸附行为。发现随着温度的升高，吸附行为表现出不同的特征。在较低温度下，吸附行为可能受到分子运动速度的影响，而在较高温度下，吸附行为可能更加显著。通过实验数据的分析，可以得出苦叶提取物在不同温度下的吸附能力，以评估其在不同条件下的保护效果。这些数据表明，苦叶提取物在特定条件下能够有效吸附在金属表面，形成保护层，从而减少腐蚀的发生。通过进一步的实验分析，可以确定最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。

通过实验数据的分析，发现苦叶提取物在不同浓度和温度下的抑制效果存在显著差异。在较低浓度下，抑制效果可能较弱，而在较高浓度下，抑制效果则更为显著。温度的升高也对抑制效果产生影响，随着温度的升高，抑制效果相应增强。这些数据表明，苦叶提取物在特定条件下能够有效减少腐蚀的发生。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。这些数据为实际应用提供了重要的参考，有助于在工业环境中选择合适的腐蚀抑制剂。

研究还探讨了苦叶提取物在不同条件下的吸附行为。发现随着提取物浓度的增加，吸附行为更加显著，这表明提取物能够有效吸附在金属表面，形成保护层。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的吸附效果。这些数据表明，苦叶提取物在特定条件下能够有效吸附在金属表面，从而减少腐蚀的发生。通过进一步的实验分析，可以确定最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。

研究还探讨了苦叶提取物在不同条件下的热力学参数。发现随着提取物浓度的增加，热力学参数表现出不同的变化趋势。这些参数表明，苦叶提取物在金属表面的吸附行为是自发的，且具有一定的物理吸附特性。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的热力学参数。这些数据为实际应用提供了重要的参考，有助于在工业环境中选择合适的腐蚀抑制剂。

此外，研究还探讨了苦叶提取物在不同条件下的表面形貌变化。发现随着提取物浓度的增加，金属表面的形貌变化更加显著，这表明提取物能够有效吸附在金属表面，形成保护层。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的表面形貌变化。这些数据表明，苦叶提取物在特定条件下能够有效吸附在金属表面，从而减少腐蚀的发生。通过进一步的实验分析，可以确定最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。

研究还探讨了苦叶提取物在不同条件下的抑制效果。发现随着提取物浓度的增加，抑制效果更加显著，这表明提取物能够有效吸附在金属表面，形成保护层。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的抑制效果。这些数据表明，苦叶提取物在特定条件下能够有效吸附在金属表面，从而减少腐蚀的发生。通过进一步的实验分析，可以确定最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。

研究还探讨了苦叶提取物在不同条件下的腐蚀速率变化。发现随着提取物浓度的增加，腐蚀速率相应降低，这表明提取物能够有效吸附在金属表面，形成保护层。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀速率变化。这些数据表明，苦叶提取物在特定条件下能够有效吸附在金属表面，从而减少腐蚀的发生。通过进一步的实验分析，可以确定最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。

综上所述，本研究通过实验分析，探讨了苦叶乙醇提取物作为环保型腐蚀抑制剂在强碱性环境中对铝的保护作用。研究结果表明，苦叶提取物在特定条件下能够有效减少腐蚀的发生，提高材料的耐久性。通过实验数据的分析，可以得出最佳的提取物浓度和温度条件，以达到最佳的腐蚀抑制效果。这些数据为实际应用提供了重要的参考，有助于在工业环境中选择合适的腐蚀抑制剂。此外，研究还探讨了苦叶提取物在不同条件下的吸附行为、热力学参数以及表面形貌变化，为深入理解其作用机制提供了依据。这些发现不仅拓展了苦叶提取物的应用范围，还为开发新型环保型腐蚀抑制剂提供了新的思路。