Desmodium adscendens提取物在2 M HCl中对碳钢的吸附与缓蚀机理研究：热力学分析与绿色缓蚀剂开发

本研究针对碳钢在酸性环境中的腐蚀问题，创新性地利用热带植物Desmodium adscendens（DAPE）提取物作为绿色缓蚀剂。通过FT-IR表征证实其含O-H、C=O等活性基团，结合热力学参数（Ea 达65.26 kJ·mol-1 ）和Langmuir吸附模型（R2 0.998），揭示其通过物理吸附形成单分子保护层，在313 K下实现87.61%缓蚀效率。该研究为开发低成本、可再生的工业缓蚀剂提供了新思路。

　　

研究背景与意义
碳钢作为工业核心材料，在酸洗、石油开采等场景中面临严重的盐酸腐蚀问题，全球每年因腐蚀造成的经济损失高达2.5万亿美元。传统合成缓蚀剂虽有效但存在毒性高、成本高等缺陷，而植物提取物因其环保特性成为研究热点。来自Ahmadu Bello University的研究团队首次系统评估了西非常见杂草Desmodium adscendens（DAPE）的缓蚀潜力，为开发可持续解决方案提供了科学依据。

关键技术方法
研究采用冷浸法提取DAPE活性成分，通过FT-IR鉴定其O-H、C=C等关键官能团；利用失重法测定不同温度（313-353 K）和浓度（0-1.0 g/L）下的腐蚀速率（CR）和缓蚀效率（IE）；结合Arrhenius方程计算活化能（E_a
），并采用Langmuir等四种吸附等温线分析界面行为。

研究结果
1. FT-IR表征
DAPE粗提物在3294 cm^-1
（O-H）和1708 cm^-1
（C=O）处的特征峰证实含多酚、黄酮类物质。金属表面刮取物光谱显示这些基团参与吸附，1637 cm^-1
处C=C峰强度减弱表明π电子与Fe的配位作用。

2. 失重分析

1.0 g/L DAPE在313 K时CR最低（0.00028 g·cm^-2
·min^-1
），IE达87.61%。温度升高至353 K时IE降至79.07%，说明高温加速氢析出反应，削弱吸附层稳定性。

3. 热力学参数
E_a
从空白组的45.36 kJ·mol^-1
提升至65.26 kJ·mol^-1
，ΔH*（62.51 kJ·mol^-1
）和负ΔS*（-0.114 kJ·mol^-1
）表明吸附过程为吸热且有序的物理吸附。

4. 吸附模型

Langmuir模型拟合最佳（R²
=0.9995），K_ads
=32.57 L·g^-1
证实单分子层覆盖；El-Awady模型显示每个DAPE分子占据3-4个活性位点；Temkin参数α为负值（-12.47至-9.06）反映吸附层内分子排斥。

5. 吉布斯自由能
ΔG_ads
介于-19.52至-20.41 kJ·mol^-1
，ΔH_ads
=-12.55 kJ·mol^-1
，证实自发放热的物理吸附机制。

结论与展望
该研究阐明DAPE通过含氧官能团在碳钢表面形成保护膜，其性能媲美合成缓蚀剂且符合绿色化学原则。未来可优化提取工艺或与其他植物协同使用以提升高温环境下的缓蚀效率。成果发表于《BMC Chemistry》为油气管道、酸洗槽等工业场景提供了可持续的腐蚀防控方案。