威灵仙提取液处理方法

Posted 2023-01-12 威灵仙

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腐蚀的巨大危害不仅体现在经济损失上，还会带来环境污染、资源浪费等问题。性能良好、环境友好无污染的缓蚀剂新品种具有发展前途。近年来的研究工作除运用分子设计合成高效多功能环境友好的高分子有机缓蚀剂之外，探索从天然植物、海产动植物中提取分离缓蚀组分得到关注和重视，如国内外学者开展了从玉兰叶、桔皮、黄柏、花椒、茶叶、樟树叶、竹叶以及槟榔种子等中提取缓蚀成分和缓蚀性能的评价研究。研究结果表明，这些植物对不同介质中的金属具有较好的缓蚀性能。毛茛科植物威灵仙分布广，根叶含有甾醇、糖类、内酯、白头翁素、大环糖苷、三萜甙等大极性组分和氨基酸、有机酸等物质，药物应用及研究较多。笔者初步研究了威灵仙提取液在模拟工业循环冷却水中对Q235钢的缓蚀性能。

1实验部分

1.1仪器和试剂
电化学工作站（CH1660E，上海辰华公司）；紫外－可见分光光度计（UV2450，日本岛津）；旋转挂片仪（RCC-Ⅱ，江苏秦邮公司）；氯化钠（NaCl，AR）；二水氯化钙（CaCl2•2H2O，AR）；碳酸氢钠（NaHCO3，AR）；七水硫酸镁（MgSO4•7H2O，AR）；无水乙醇（CH3CH2OH，AR）；Q235碳钢挂片（72.4mm×11.5mm×2mm）；威灵仙茎根（市售）。按标准配制的模拟循环冷却水作为电化学和腐蚀失重测试的实验介质。

1.2提取液的制取
称取20g威灵仙与1000mL蒸馏水混合，置于恒温水浴锅中加热至一定温度并恒温浸泡2h，冷却至室温，过滤，滤液即为提取液。待测样品质量浓度（g/mL）按量取的提取液体积V（mL）、加入空白试液至20mL计算：C=0.02×V/20（其中0.02为威灵仙提取液的质量浓度，g/mL）。

1.3电化学实验
工作电极为圆柱Q235钢，工作面积1cm2，非工作面积以环氧树脂涂封。试验采用三电极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极。扫描速度为10mV/s，扫描范围为Ecorr±250mV。所有电化学实验试液均为20℃。

1.4腐蚀失重实验
片状Q235钢72.4mm×11.5mm×2mm，悬挂在2000mL、50℃实验介质中，试片线速度0.35m/s，实验72h，计算腐蚀速度和缓蚀率。

1.5光谱测试
待测溶液稀释30倍之后进行190～900nm的UV-Vis吸收光谱测试，参比溶液为蒸馏水。

2结果与讨论

2.1提取液制备的影响因素
实验研究了水溶法制备威灵仙提取液的醇〔6〕、酸、热三因素的影响。

80℃水溶（含乙醇7％与否）提取2h的极化曲线测试结果如图1所示（a、b、c的icorr分别为14.5、4.28、6.71μA）。

由图1可见，80℃水溶提取液的icorr（腐蚀电流）小于乙醇助提，这说明威灵仙80℃水溶直接提取的样品溶液缓蚀效果好于加醇助提。

20℃的室温水溶（含HCl与否）提取5h的紫外-可见吸收光谱测试结果如图2所示。

由图2可见，在280nm的吸收峰处，几种浓度的酸中，室温水溶含HCl20%助提溶解出来的有效成分最多，但其紫外吸收峰值还没有80℃纯水热溶的高。

纯水热溶（不同温度）提取的紫外-可见吸收光谱测试结果如图3所示。

由图3可见，对比280nm的吸收峰值，在温度为80℃时，威灵仙的有效成分能够更好的溶出。

水溶提取的酸热协同效应紫外-可见吸收光谱测试结果如图4所示。

由图4可见，280nm处的吸收峰值与图2中280nm处的吸收峰相比，在酸和热（温度）的联合作用下，威灵仙中的有效成分能够更好地提取出来，80℃时威灵仙在较高酸度（15%HCl）中的溶出效果协同效应较好。考虑到酸度太高会加剧金属腐蚀以及酸度低至1%HCl时几无酸热溶出协同效应，所以试选了5%HCl助提，其提取液的电化学极化曲线参数如表1所示。

由表1可见，5%HCl，80℃条件下的威灵仙提取液的icorr相较空白实验反而增大，这表明此条件下的提取液会加剧腐蚀，所以即使其有效成分能溶出更多，但是由于酸的影响，其缓蚀性能还是不及纯水热溶提取的效果。所以，以下实验皆采用80℃水溶2h的方法获取威灵仙提取液。

2.2缓蚀性能极化曲线参数
不同浓度威灵仙提取液的极化曲线测试结果的参数值如表2所示。

由表2可见，提取液的缓蚀类型属于阳极型腐蚀抑制，样品质量浓度在7.52×10-3g/mL时缓蚀效果较好。由于威灵仙提取液中含有吲哚生物碱〔7〕、脂肪酸、酚类、多醣、酮类等多种化学成分，而这些成分中又含有大量的羟基、羧基、氨基等功能基团，其缓蚀作用主要表现在基团中的N、O等原子电负性大，又有孤对电子，可与钢样表面Fe原子的空d轨道配位，可能导致化学吸附成膜，降低Fe原子与H+的反应活性，从而抑制了Fe的腐蚀。

2.3缓蚀性能失重试验
不同浓度提取液的挂片腐蚀速率与缓蚀率如表3所示。

由表3可见，当加入威灵仙质量浓度为7.52×10-3g/mL时，其对Q235钢的缓蚀率最高，可达到92.09%，相应腐蚀速率为0.0430mm/a。

2.4缓蚀性能阻抗谱
提取液样品缓蚀Q235钢的交流阻抗奈奎斯特图和波特图如图5所示。

由图5可见，没有威灵仙存在测得的奈奎斯特图基本为一半圆，而投加了1.25×10-2g/mL威灵仙之后，其奈奎斯特图出现了明显的Warburg阻抗，说明威灵仙的加入使其在电极表面的动态吸附过程形成了一个阻挡的滞留层，从而扩散过程成为了电极过程的控制步骤。。

交流阻抗谱的电化学参数如表4所示。

由表4可见，从其高频部分的容抗弧外推得到的Rt值为3432Ω•cm2，比未加威灵仙的Rt值（1691Ω•cm2）大了很多。相应的缓蚀效率为50.7%。此外，其等效电路中常相位角元件的Y0值也比空白实验小很多，表明威灵仙的加入使得电极表面双电层电容变小，抑制了电极反应的速度。

3结论
威灵仙来源广泛，可从自然植物中提取，环境友好，不产生有害物质。其热水浸溶提取液可用作Q235碳钢的缓蚀剂，属阳极抑制型缓蚀剂。当提取液质量浓度为7.5×10-3g/mL左右时，缓蚀效率达92%以上，腐蚀速率为0.0430mm/a。