罂粟籽及其外壳提取物作为低碳钢腐蚀抑制剂的可持续利用

《Journal of Molecular Liquids》：Sustainable utilization of Papaver somniferum L. seed and outer shell extract as corrosion inhibitor for mild steel

　　虞美人（*Papaver somniferum* L）提取物对碳钢在盐酸溶液中的抑制效率达98.8%（120小时）。种子和外壳提取物提供了一种高度稳定、环保的腐蚀抑制剂。DFT计算结果证实芦丁α是关键的电子供体，其能隙为1.2877 eV。提取物分子的吸附遵循Langmuir模型，自由能为?24.2 kJ mol?1。腐蚀过程中产生的氢气体积在120小时内从208 mL/cm2降至9.4 mL/cm2。**引言**腐蚀对金属材料和工业结构的耐久性和使用寿命构成严重威胁。铁及其合金，尤其是碳钢，是工业应用中广泛使用的材料。酸性溶液，主要是盐酸（HCl），常用于清除金属材料上的污垢、水垢等污染物，以及清洗炼油设备。然而，这些材料表现出较低的耐腐蚀性，极易在酸性溶液中遭受严重腐蚀。材料的腐蚀可能导致一系列严重后果，包括金属损失、严重的经济损失、环境污染以及合金性能的下降。据估计，全球每年的腐蚀成本超过2.5万亿美元。为了防范因腐蚀造成的生命财产损失并减轻环境污染，研究人员开发了一系列措施和策略。选择合适的金属材料并进行恰当设计是这些策略中最重要的步骤之一。此外，改变环境条件、涂装、涂层、阳极/阴极保护方法以及使用腐蚀抑制剂也是其他有效策略。其中，使用抑制剂被认为是酸性环境中最为实用且经济有效的途径。酸性环境中最有效的腐蚀抑制剂是有机抑制剂，由多种合成有机化合物组成。这是由于它们含有共轭键、双键和三键、电负性原子（N、S、O、P）以及芳环，能够与金属界面形成强化学配位作用。然而，由于大多数合成有机物成本高昂、具有毒性和环境不友好性，严格的环保法规推动了向使用更可持续、环保、无毒、可生物降解、易于获取且经济高效的绿色抑制剂转变，这些绿色抑制剂源自天然植物。由于这些提取物源自可再生生物质，且制备所需的能量较低，它们完全符合现代环境可持续性和循环经济原则。如今，使用绿色植物提取物作为腐蚀抑制剂的做法正变得越来越普遍和重要。植物提取物天然富含复杂的有机化合物，在各种苛刻环境中始终表现出优异的抑制性能。其强大的保护性能主要源于其能够有效吸附在金属表面的能力，这从根本上由其所含的杂原子、π电子和极性官能团所驱动，同时芳环也作为吸附的主要活性位点。一般来说，这些植物化学物质混合物包含多种天然来源的化合物，包括多酚类、黄酮类、氨基酸和生物碱。在分子水平上，这些有机物通常含有杂环、脂肪链和多个电负性官能团，能够轻松地将电子密度捐赠给金属的空d轨道。在严格的环保法规推动下，来自各种绿色植物部位的提取物已被广泛研究，用于在腐蚀性酸性环境中作为可持续的腐蚀抑制剂。近年来，研究人员已成功从各种绿色植物部位提取物中开发出大量具有优异性能的腐蚀抑制剂。然而，仅仅列举这些研究是不够的，必须强调这些绿色抑制剂真正的潜力在很大程度上取决于其区域植物化学多样性以及特定的提取方案。为弥补传统植物提取与现代循环经济需求之间的关键差距，我们以罂粟植物的种子和外壳废弃物提取物（PS-SOSE）为目标，将其作为一种新型抑制剂用于酸性环境中碳钢的腐蚀防护。虽然已有少数研究使用了罂粟提取物（包括其叶片和分离的种子），并重点关注吗啡类生物碱介导的保护作用，但迄今为止，尚未有人尝试充分利用这种罂粟的种子和外壳废弃物来抑制盐酸介质中碳钢的腐蚀。此外，虽然早期研究使用的是麻醉性生物碱作为提取物的主要成分，但我们通过定量LC-ESI-MS/MS分析发现，PS-SOSE独特地富含高度含氧的黄酮类糖苷和酚类网络，而非有害的生物碱，为金属防护提供了一种高度可持续、无毒且强效的吸附基质。研究确定，芦丁、橙皮苷、紫云英素、咖啡酸、香草酸和阿魏酸等特定成分含有大量电负性O原子、芳环和-OH基团，这些基团强烈促进了在盐酸介质中碳钢/电解质界面的吸附。此外，我们假设提取物中的各种成分具有强大的协同效应，从而提供优于单独成分的防护效果。这种协同作用必然促进了更致密和高度稳定的保护膜层的形成。因此，重新利用这一特定农业废弃物流被认为是极具战略意义的选择，原因在于其低成本、环境友好、可再生以及固有的抗氧化特性。历史上，PS-SOSE已被广泛应用于多个工业领域，包括医药领域，这得益于其深刻的生物活性，包括抗炎、抗氧化、抗菌、抗致突变、抗致癌、抗病毒和抗增殖作用。此外，研究发现所有罂粟属物种都含有多种具有强大生物活性的生物碱和黄酮类化合物，包括抗癌、抗菌、麻醉、止咳和镇痛特性。最终，我们采用先进的电化学、表面分析和量子化学工具的组合作为手段，全面研究了PS-SOSE在1 M HCl溶液中碳钢的抑制性能。**各章节片段****工作电极的制备**从商用碳钢（MS）合金制备了长5 cm的圆柱形棒。将棒的一端牢固焊接以与铜线建立金属连接以确保导电性，另一端保持未连接状态作为工作表面。然后将棒体的其余部分紧密嵌入聚酯树脂块中。因此，采用工作面积暴露为0.5 cm2的碳钢试样进行实验。**开路电位随暴露时间的变化**从电化学测量中获取可靠结果，根本上要求在实施测量之前电极表面达到稳定的电化学平衡。为获取Rp值，EIS测量在Eocp下进行，而LPR研究则通过相对于Eocp施加窄的阳极和阴极过电位扫描来进行。除了证明平衡状态外，分析Eocp的变化对于理解竞争性吸附和脱附过程至关重要。**结论**本综合性研究成功证明了PS-SOSE作为一种卓越的绿色腐蚀抑制剂的价值。在不同浓度和暴露时间下，使用各种电化学技术系统地研究了其对抗碳钢腐蚀的吸附和保护性能（1 M HCl溶液）。利用一系列技术，包括SEM、AFM、EDX、XPS和接触角测量，表征了金属表面的界面完整性。**CRediT作者贡献声明****Selim Arslanhan：** 原创草稿撰写、可视化、验证、软件、资源、方法论、调查研究、资金获取、形式化分析、数据整理、概念构思。**Ramazan Solmaz：** 审稿与编辑、原创草稿撰写、可视化、验证、监督、软件、资源、方法论、调查研究、概念构思。**Re?it Y?ld?z：** 审稿与编辑、原创草稿撰写、可视化、验证、软件、资源、方法论、……**利益冲突声明**作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。Selim Arslanhan | Ramazan Solmaz | Re?it Y?ld?z | Mehmet F?rat Baran