葛叶植物提取液的制备及缓蚀性能研究

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葛别名甘葛、野葛等,为豆科多年生藤本植物,富含多种异黄酮类化合物。因此,本文选取葛叶作为提取缓蚀剂的原材料,通过浸泡法与超声波提取法相结合的方式来制备得到葛叶提取液。通过正交试验优化制备条件得到葛叶提取液(Pueraria Lobata Leaf Extract,简称PLLE)的最佳制备方案,利用红外光谱、高效液相色谱法来表征PLLE的官能团及成分含量,利用失重法、电化学测试、扫描开尔文探针测试评价了 PLLE在1 mol/L HCl中的缓蚀性能,利用扫描电子显微镜研究了 PLLE表面形貌及腐蚀产物,最后利用吸附模型计算、热力学及动力学计算、量子化学计算来研究了 PLLE的缓蚀机理。最佳制备方案为浸泡时间4h、浸泡温度30℃、超声时间40min,PLLE中含有C=O、C=C、大π键等,含主要活性物质葛根素(Puerarin,简称Pue)13.701%、含大豆苷元(Daidzein,简称De)/鹰嘴豆芽素(Biochanin,简称Bio)2.626%、含大豆苷(Daidzin,简称Da)16.057%,可初步判断主要缓蚀成分为Pue和Da,它们可形成配位键吸附于金属表面,亦可π键吸附,从而阻止腐蚀。当温度为25℃、PLLE浓度为0.5g/L时,缓蚀效率最大为94.37%,能有效的抑制腐蚀。腐蚀电位变化ΔE<85mV,阳极与阴极作用系数之比fa/fc均大于1,说明PLLE在盐酸溶液中为阴极抑制为主的混合抑制型缓蚀剂,其缓蚀作用机理为“几何覆盖效应”。SKP结果表明,加入PLLE后,10#钢的表面电位差和电化学不均匀性降低,表明局部腐蚀倾向显著降低。加入PLLE后,表面的粗糙程度减小,腐蚀程度明显减小。EDS分析,加入PLLE后,Fe元素含量增多,即留在钢表面的Fe元素含量增多,参与腐蚀反应的Fe元素减少,10#钢表面的腐蚀得到了减缓。PLLE在10#钢表面的吸附是自发的,且满足Langmuir吸附等温模型,吸附过程既有物理吸附又有化学吸附。最开始吸附在金属表面形成一层吸附层,是通过分子间这些正负电荷的相互作用叠加吸附在金属表面的形成Langmuir的单分子层吸附。PLLE各成分Pue、Bio、Da、De的HOMO、LUMO主要离域C=C、C=O、苯环上,具有多余电子轨道的缓蚀剂分子主要通过π电子、酮官能团与金属表面的空d轨道相互作用,以此来保护金属避免腐蚀。且LUMO位于π电子周围,具有与Fe的填充轨道相互作用的能力,可进一步保护金属。另外,PLLE的Pue、Bio、Da、De均具有高的给电子能力,能够很好的与金属表面吸附作用,能够最大抑制金属表面腐蚀。其中Pue、Da是主要起缓蚀作用的成分,但Da的缓蚀效果最好。为了提高PLLE的耐温性及后效性对其进行了复配研究。复配正交试验结果表明,最佳复配浓度比为0.9g/L PLLE:0.3g/L尿素:0.3g/L碘化钾:0.3g/L APG10(简称PUPA)。当温度为70℃时,PUPA的缓蚀效率为94.27%,相同温度下,复配缓蚀剂PUPA的缓蚀效率高于PLLE,说明PUPA具有良好的耐温性。当腐蚀20h后,PUPA缓蚀效率达最大值为96.47%,PUPA的缓蚀效果总体来说是优于PLLE,PUPA表现出优异的后效性。
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