Corynocarpus laevigatus提取物:酸性介质中低碳钢的绿色 “防锈卫士”

【字体: 时间:2025年05月07日 来源:Current Research in Green and Sustainable Chemistry CS11.2

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  在金属腐蚀问题严峻的当下,研究人员开展了 “Evaluation of Corynocarpus laevigatus extract as a green corrosion retardant for mild steel in acidic media” 的研究。结果显示,该提取物能有效抑制低碳钢在 H2SO4和 HCl 溶液中的腐蚀,这为绿色防锈提供了新方向。

  在工业生产和日常生活中,金属材料广泛应用,然而金属腐蚀却像一个 “隐形杀手”,时刻威胁着金属结构和部件的耐久性与完整性。传统的有机和无机腐蚀抑制剂,如氨基胺、咪唑啉衍生物、铬、镉、硫化合物等,虽然能起到一定的防腐蚀作用,但它们要么有毒,要么成本高昂,要么难以从天然来源中分离和表征,这使得寻找绿色、高效、经济的腐蚀抑制剂成为当务之急。
在此背景下,国外研究人员开展了关于Corynocarpus laevigatus提取物作为低碳钢在酸性介质中绿色腐蚀抑制剂的研究。研究成果发表在《Current Research in Green and Sustainable Chemistry》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是重量法(gravimetric method),通过测量低碳钢在不同条件下的重量变化来计算腐蚀速率和抑制效率;其次是气体容量法(gasometric method),基于腐蚀过程中产生的气体量来表征腐蚀反应;还运用了电化学技术(electrochemical technique),包括电位动力学极化(potentiodynamic polarization)和电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS),以研究腐蚀过程的动力学和电化学特性。同时,进行了植物化学筛选(phytochemical screening)和傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectrophotometer,FT - IR)分析,来确定提取物中的化学成分。

研究结果如下:

  1. 重量法结果:在 30°C 下,研究不同浓度的Corynocarpus laevigatus提取物对低碳钢在 5M H2SO4和 5M HCl 溶液中的腐蚀影响。结果表明,随着提取物浓度增加,腐蚀速率降低,抑制效率提高;但随着时间延长,抑制效率下降。这说明提取物能有效抑制低碳钢腐蚀,且浓度是影响抑制效果的重要因素。
  2. 动力学研究结果:通过对 log (Wo/Wf) 与时间关系的研究,发现低碳钢在 5M H2SO4和 5M HCl 溶液中的腐蚀符合一级反应动力学。并且,随着提取物浓度增加,金属溶解速率降低,这进一步证明了提取物对腐蚀的抑制作用。
  3. 气体容量法结果:测量低碳钢在不同温度下,有无提取物时的氢气释放速率和抑制效率。结果显示,在 303K 和 313K 时,随着提取物浓度增加,氢气释放速率降低,抑制效率提高。这表明提取物能有效减缓低碳钢在酸性溶液中的腐蚀反应。
  4. 热力学研究和吸附等温线结果:计算得到在 5M H2SO4和 5M HCl 介质中,低碳钢的平均活化能(Ea)分别为 71.24kJ/mol 和 137.75kJ/mol。在 5M H2SO4中,物理吸附占主导;在 5M HCl 中,化学吸附占主导。并且,提取物的吸附符合 Langmuir 吸附等温线,表明其在低碳钢表面形成单层吸附。
  5. 电化学技术结果:电位动力学极化测量显示,植物提取物能显著降低低碳钢的腐蚀速率,且使阴极和阳极曲线发生偏移,表明其作为混合类型抑制剂起作用。EIS 测量结果表明,随着提取物浓度增加,电荷转移电阻(Rct)增加,双电层电容(Cdl)降低,说明提取物分子在低碳钢 / 溶液界面吸附,阻碍了腐蚀反应。
  6. FT - IR 光谱和植物化学筛选结果:FT - IR 光谱分析表明,提取物中含有生物碱、萜类化合物、黄酮类化合物和酚类化合物等。植物化学筛选结果也证实了提取物中含有黄酮类、生物碱、萜类、皂苷、强心苷和单宁等植物化学物质,这些物质可能是提取物抑制低碳钢腐蚀的原因。

研究结论表明,Corynocarpus laevigatus的甲醇叶提取物能有效抑制低碳钢在 H2SO4和 HCl 溶液中的腐蚀,最大抑制效率分别可达 88.64%(H2SO4)和 88.89%(HCl)。腐蚀抑制效率随提取物浓度增加而增加,随温度升高和浸泡时间延长而降低。在不同酸性环境中存在不同的吸附机制,且提取物的吸附符合 Langmuir 吸附等温线。

这项研究的意义重大,它为开发绿色腐蚀抑制剂提供了新的方向。Corynocarpus laevigatus提取物作为一种环保、经济且可持续的腐蚀抑制剂,具有在需要酸性环境防护的行业中广泛应用的潜力,有望解决金属腐蚀带来的经济和环境问题,推动绿色化学和可持续发展的进程。

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