基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（項(xiàng)目編號(hào)：52004165）；沈陽(yáng)理工大學(xué)引進(jìn)高層次人才科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：1010147000903）。

收稿日期： 2023-05-22

作者簡(jiǎn)介： 李夢(mèng)冉（2000-），女，遼寧省朝陽(yáng)市人，碩士生，2025年畢業(yè)于沈陽(yáng)理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，研究方向：金屬的腐蝕與防護(hù)。

通信作者： 周欣（1978-），女，副教授，博士，研究方向：金屬的腐蝕與防護(hù)。

摘""""" 要： 在一些惡劣的環(huán)境下，如潮濕環(huán)境、酸性或堿性環(huán)境、大氣腐蝕環(huán)境等，設(shè)備會(huì)因環(huán)境問(wèn)題而發(fā)生不同程度的腐蝕。因此，關(guān)于設(shè)備的腐蝕防護(hù)就尤為重要。加入緩蝕劑就是一個(gè)很好的防腐蝕的辦法。近年來(lái)，對(duì)于緩蝕劑的研究已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，除了關(guān)注緩蝕劑，還有效率等基本問(wèn)題，由于如今社會(huì)對(duì)生態(tài)意識(shí)提高的重視，無(wú)毒無(wú)害易獲得的緩蝕劑也成為研究的關(guān)鍵。綠色緩蝕劑的應(yīng)用成為現(xiàn)代社會(huì)防腐的重要途徑之一，它可以使腐蝕速度降低，提高設(shè)備的使用壽命并且價(jià)格低廉容易獲得。本文對(duì)植物型水溶性緩蝕劑進(jìn)行介紹。

關(guān)" 鍵" 詞：腐蝕； 水溶性緩蝕劑； 植物化學(xué)物質(zhì)； 綠色化學(xué)

中圖分類號(hào)：TG174.42"""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A"""" 文章編號(hào)：" 1004-0935（2024）02-0265-04

金屬以及金屬合金能廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)產(chǎn)品中，主要是因?yàn)樗鼈冇懈邚?qiáng)度、高耐磨性、低成本以及良好的可焊接性[1-4]。在日常生活中腐蝕幾乎是無(wú)處不在且腐蝕極易發(fā)生。從科學(xué)上說(shuō)，材料與環(huán)境（腐蝕介質(zhì)）相互作用從而導(dǎo)致材料被破壞生銹以及變質(zhì)的現(xiàn)象，被叫做腐蝕。通過(guò)化學(xué)或者電化學(xué)反應(yīng)所引起的破壞更為嚴(yán)重。腐蝕現(xiàn)象會(huì)有很大的危害，調(diào)查結(jié)果表明僅2014年一年，中國(guó)的腐蝕總成本在2.1億元左右，占當(dāng)年GDP的3.34%，其中，與其他腐蝕相比，海洋腐蝕更嚴(yán)重，占了總腐蝕損失的30%左右。此外，國(guó)內(nèi)外有大量的文物都因?yàn)楦g而遭到破壞；高鐵飛機(jī)等交通工具也會(huì)因?yàn)楦g問(wèn)題而破壞引起事故。所以研究防護(hù)問(wèn)題非常重要，目前的解決方法有使用耐蝕材料、水介質(zhì)處理以及添加緩釋抑制劑等[5]。

1" 腐蝕

1.1" 腐蝕產(chǎn)生原因

在化工行業(yè)中，設(shè)備產(chǎn)生腐蝕的原因有很多種。比如設(shè)備本身材料的原因，一些材料雖有著良好的力學(xué)性能，但材料本身易發(fā)生腐蝕行為；其次化工生產(chǎn)中設(shè)備會(huì)接觸到很多化學(xué)物質(zhì)，例如原油本身就含有氯化物，生產(chǎn)中發(fā)生水解反應(yīng)，水解生成物會(huì)使設(shè)備發(fā)生腐蝕；化工生產(chǎn)中摩擦碰撞以及沖刷力也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生物理腐蝕，使設(shè)備的承受能力變?nèi)鮗6]。

1.2" 腐蝕機(jī)理

在不同的環(huán)境條件下（大氣、土壤、酸、堿等），設(shè)備產(chǎn)生腐蝕的原因也是不同的，其中最主要的還是電化學(xué)腐蝕，也會(huì)涉及一些其他的腐蝕，如局部和全面腐蝕等[7]。本文主要將電化學(xué)腐蝕進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。金屬表面與電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)使得金屬表面遭到破壞的過(guò)程叫做金屬的電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的重要形式之一[8]。每個(gè)電化學(xué)腐蝕都會(huì)有陽(yáng)級(jí)反應(yīng)（氧化過(guò)程）和陰極反應(yīng)（還原過(guò)程），并且金屬的電化學(xué)腐蝕過(guò)程可以是陰陽(yáng)極獨(dú)立且同時(shí)進(jìn)行。例如，在純水液壓支架中，純水中會(huì)溶解氧氣，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)純水介質(zhì)與空氣百分百隔絕是幾乎不可能的，所以碳鋼就會(huì)在水中發(fā)生電化學(xué)腐蝕。其中：

陽(yáng)極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

在水中：

并且在氧化鐵腐蝕的同時(shí)，另一種腐蝕循環(huán)反應(yīng)也在同時(shí)發(fā)生[9]。

2" 緩蝕劑

在長(zhǎng)期對(duì)金屬防腐的研究中發(fā)現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)將少量的某種物質(zhì)加入腐蝕性介質(zhì)中，可以有效地抑制金屬腐蝕，這些物質(zhì)就叫緩蝕劑（也叫腐蝕抑制劑或阻蝕劑）。緩蝕抑制劑的應(yīng)用極其廣泛，比如金屬材料防腐、水處理等多個(gè)領(lǐng)域，主要是因?yàn)檫\(yùn)用添加緩蝕劑的方法操作簡(jiǎn)單、成本低、不改變腐蝕介質(zhì)且效果明顯等優(yōu)點(diǎn)[10]。

2.1" 緩蝕劑分類

緩蝕劑的種類較多，作用機(jī)理非常復(fù)雜，并且某一緩蝕劑還可能會(huì)有其他功效，所以緩蝕劑可以通過(guò)不同方法進(jìn)行分類。常見的分類方法有[11-12]：

1）按化學(xué)成分進(jìn)行分類：無(wú)機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑。

2）按電化學(xué)作用機(jī)理進(jìn)行分類：陽(yáng)極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑。

3）按介質(zhì)的pH值分類：酸性介質(zhì)緩蝕劑、中性介質(zhì)緩蝕劑和堿性介質(zhì)緩蝕劑。

4）按被保護(hù)金屬分類：黑色金屬緩蝕劑、銅及銅合金緩蝕劑、鋁及鋁合金緩蝕劑等。

5）按物理狀態(tài)分類：水溶性緩蝕劑、油溶性緩蝕劑和氣相緩蝕劑。

6）按緩釋形成的保護(hù)膜進(jìn)行分類：氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑、吸附膜型緩蝕劑。

2.2" 水溶性緩蝕劑

本文主要介紹水溶性緩蝕抑制劑。在各種水溶液、潮濕的環(huán)境中，金屬非常容易產(chǎn)生腐蝕，因?yàn)榭梢栽诮饘俚谋砻嫘纬梢粚铀?，為電化學(xué)腐蝕提供了條件。這時(shí)水溶性緩蝕劑起到了至關(guān)重要的作用（水溶性緩蝕劑，即能溶于水的一類緩蝕抑制劑）。再加入某種水溶性緩蝕劑后，便可以起到減緩金屬腐蝕的作用。此外，水溶性緩蝕劑大多也可以在酸溶液以及堿溶液中對(duì)金屬起到良好的緩蝕作用。2.2.1" 水溶性緩蝕劑的緩釋機(jī)理

水溶性防腐蝕劑根據(jù)防銹的作用機(jī)理可分為三類：

1）金屬與緩蝕劑生成難溶的鹽類，緩蝕劑分子能與金屬上溶下來(lái)的金屬離子作用而生成難溶的鹽，沉積在金屬的表面，形成一層致密的保護(hù)層，阻止金屬的進(jìn)一步溶解，從而使金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，免于銹蝕。如磷酸鹽、硅酸鹽等就屬于此類緩蝕劑。

2）金屬與緩蝕劑生成難溶性的絡(luò)合物覆蓋膜，這類緩蝕劑的分子中大多含有N、O、S等元素的雜環(huán)基團(tuán)，它們能與金屬表面的金屬原子或金屬表面附近的金屬離子絡(luò)合，覆蓋在金屬的表面形成一層難溶的絡(luò)合物保護(hù)膜，抑制金屬的腐蝕。比如用苯駢三氮唑?qū)︺~的緩蝕。

3）金屬與緩蝕劑生成致密且不溶于水的氧化物薄膜，阻止金屬的陽(yáng)極溶解，從而起到良好的防銹效果，也可能吸附在金屬表面的活性點(diǎn)，降低金屬表面的反應(yīng)活性而起緩蝕作用。所以這類緩蝕劑又被叫做鈍化劑。在使用此類緩蝕劑時(shí)，應(yīng)保證用量的充足，避免因用量不足導(dǎo)致未形成完整的保護(hù)膜，造成局部腐蝕。

2.3" 植物型緩蝕劑

大多數(shù)緩蝕劑都對(duì)金屬有著良好的緩蝕效果，但同時(shí)大多數(shù)工業(yè)緩蝕劑都是有毒有害且難以降解的。自提出“綠色化學(xué)”的概念后，植物型緩蝕劑成為重點(diǎn)研究對(duì)象，植物型緩蝕劑就是從各種植物成分的花、果實(shí)、種子中提取出有效物質(zhì)，對(duì)相應(yīng)的金屬材料起到緩釋防護(hù)的作用。這種緩蝕劑具備了安全、成本低、易獲得、用量少、無(wú)毒無(wú)害、緩蝕抑制性能好等優(yōu)點(diǎn)[13-14]，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。2.3.1" 植物型緩蝕劑的應(yīng)用

目前植物環(huán)保型緩蝕劑已經(jīng)應(yīng)用于多種金屬材料。本文主要介紹此類緩蝕劑在酸性環(huán)境、CO2環(huán)境以及NaCl環(huán)境中的一些應(yīng)用。

在酸性環(huán)境中，比如鹽酸（鹽酸常用于化學(xué)工業(yè)，是具有活性陰離子的具有腐蝕性的強(qiáng)酸，對(duì)一般的實(shí)用金屬材料都會(huì)造成腐蝕。氧化劑和溶解氧同時(shí)存在的情況下，腐蝕會(huì)加重[15-17]。

Raja[18]等在1 mol/L的HCl培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)，從lstonia angustifolia var. latifolia中分離的吲哚生物堿對(duì)低碳鋼（MS）有緩蝕作用。采用動(dòng)電位極化、阻抗譜、掃描電鏡（SEM）和傅里葉變換紅外（FTIR）等分析方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明，該提取物具有良好的緩蝕效果，濃度為3 ～ 5 mg/L時(shí)效果最好，緩蝕效率達(dá)到80%以上。極化測(cè)量表明，該緩蝕劑不改變陽(yáng)極和陰極反應(yīng)機(jī)理，是一種混合型緩蝕劑。兩種電化學(xué)方法的緩蝕效果一致，緩蝕劑的吸附遵循Langmuir等溫線。掃描電鏡研究很好地支持了緩蝕劑在金屬表面的吸附作用，而紅外光譜研究證明了吲哚類生物堿作為綠色緩蝕劑的存在，可以降低腐蝕速率。陳燕敏[19]等在研究中發(fā)現(xiàn)在銀杏葉、柚子皮以及香蕉皮中提取的物質(zhì)以4∶4∶1復(fù)配后得到的緩蝕劑對(duì)Q235碳鋼有良好的緩蝕效果。復(fù)配后的緩蝕效果優(yōu)于單一試劑的緩蝕效果。又進(jìn)行試驗(yàn)得出了在40 ℃，酸濃度為3%，投加質(zhì)量濃度為

2.5 g/L時(shí)緩蝕率達(dá)92.3%。該復(fù)合緩蝕劑在碳鋼表面的吸附也符合Langmuir吸附等溫方程。Mounia Sahraoui[20]等采用動(dòng)電位極化和電化學(xué)阻抗譜技術(shù)研究了石榴皮提取物在1.0 mol/L鹽酸溶液中對(duì)鋁合金的緩蝕作用。結(jié)果表明，萃取液的加入降低了鋁的腐蝕速率。抑制率隨萃取液濃度的增加而升高，隨溫度的升高而降低。萃取物表現(xiàn)為混合型緩蝕劑，按照Langmuir等溫線吸附在鋁表面。Wang Qihui

等[21]以蜈蚣葉（CMLE）為原料，采用熱水浸提冷凍干燥法制備蜈蚣葉提取物（CMLE）。通過(guò)動(dòng)電位極化曲線（Tafel）、電化學(xué)阻抗譜（EIS）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、掃描電鏡（SEM）、量子化學(xué)（QC）計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬（MDS）研究了CMLE在1.0 mol/L HCl環(huán)境下對(duì)碳鋼的緩蝕性能和緩蝕機(jī)理。結(jié)果表明，CMLE在HCl環(huán)境中對(duì)碳鋼有著優(yōu)異的緩蝕性能。在318 K條件下，質(zhì)量濃度為500 mg/L的CMLE的最大緩蝕效率可達(dá)96.2%。Tafel結(jié)果表明，CMLE屬于混合型緩蝕劑，其在碳鋼表面的吸附符合Langmuir吸附等溫線模型。此外，通過(guò)QC計(jì)算和MDS驗(yàn)證了CMLE的緩蝕機(jī)理。

在胡毓哲、樊保民等[22]的研究下發(fā)現(xiàn)榴蓮瓤皮/果核提取物（DPSE）中含有端羥基、氨基等基團(tuán)。在0.5 mol/L H2SO4溶液中，DPSE對(duì)銅有著明顯的緩蝕作用，并且得到了DPSE是以化學(xué)吸附的方式附著在Cu的表面，可同時(shí)抑制銅在H2SO4溶液中腐蝕的陰、陽(yáng)極過(guò)程，但屬于陰極抑制為主的混合型緩蝕劑。并且通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法得出當(dāng)DPSE加入量為600 mg/L時(shí)，緩蝕率可達(dá)92.6%。Silva Markus Vinicius Leal da[23]等采用動(dòng)電位極化（PDP）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試方法，對(duì)0.5 mol·L？1 H2SO4中紫荊葉提取物（SCLE）對(duì)碳鋼的緩蝕效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，隨著葉提取物濃度的增加，由于陰極電流的減少和活性腐蝕部位的阻斷，抑制效率提高。用傅里葉變換紅外光譜證實(shí)了SCLE在碳鋼表面存在有機(jī)分子。采用Langmuir等溫線對(duì)合金表面的吸附進(jìn)行了模擬。通過(guò)接觸角測(cè)量和掃描電鏡（SEM）也證實(shí)了SCLE存在時(shí)碳鋼酸腐蝕的減少。Policarpi Everton de Britto[24]等研究了在0.5 mol·L？1 H2SO4中，沙棗果殼提取物作為環(huán)保型低碳鋼緩蝕劑的性能。腐蝕數(shù)據(jù)由動(dòng)電位極化和電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)獲得。采用掃描電鏡、傅里葉變換紅外光譜和紫外可見分光光度法對(duì)樣品進(jìn)行表面分析。果殼提取物的存在降低了鋼的腐蝕速率。抑制效率最高可達(dá)90%。抑制腐蝕過(guò)程的活化能比未抑制腐蝕過(guò)程提高了2.5倍。在鋼表面檢測(cè)到植物提取物中的有機(jī)分子。用Langmuir等溫線模擬了緩蝕劑膜的形成過(guò)程。果殼提取物具有緩蝕劑的作用，降低了析氫速率。

Danyliak[25]等通過(guò)電化學(xué)方法研究了在0.1% NaCl溶液中，天然多糖阿拉伯樹膠對(duì)09G2S鋼的緩蝕性能。結(jié)果表明，該緩蝕劑能夠減少腐蝕電流，并且在 2 g/L 的濃度下具有最大效率。電化學(xué)阻抗譜的結(jié)果與極化測(cè)量數(shù)據(jù)一致。通過(guò)使用掃描電子顯微鏡方法和EDX分析，研究了09G2S鋼的表面并確定其化學(xué)成分。結(jié)果表明，09G2S鋼在抑制液中保持后表面的碳氧含量由于阿拉伯膠濃度的升高而增加，增強(qiáng)了其作為緩蝕劑的防腐作用。

3" 結(jié)束語(yǔ)

目前環(huán)保植物型緩蝕劑已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域并取得了一定的研究成果。但還有很多問(wèn)題需要去探究;比如，在植物型緩蝕劑中起作用的成分大多是推測(cè)而無(wú)法確定起作用的緩蝕成分；不確定許多此類緩蝕劑的緩蝕機(jī)理以及協(xié)同機(jī)理；綠色緩蝕劑的應(yīng)用范圍相對(duì)單一，應(yīng)探究更廣的領(lǐng)域的發(fā)展[26-27]。并且隨著“綠色化學(xué)”的興起以及對(duì)環(huán)境的保護(hù)，應(yīng)該將重心置于此類緩釋抑制劑的研究與發(fā)展。

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Research Progress of Water-soluble Corrosion Inhibitors of Plant Extracts

LI Mengran， ZHOU Wenbin， ZHOU Xin

（Shenyang Ligong University， Shenyang Liaoning 110159， China）

Abstract：" In some harsh environment， such as wet environment， acidic or alkaline environment， atmospheric corrosion environment， equipments will be corroded to varying degrees due to environmental problems. Therefore， corrosion protection of equipment is particularly important. Adding corrosion inhibitors is a good way to prevent corrosion. In recent years， the research on corrosion inhibitors has become a research hotspot. In addition to paying attention to the basic issues such as the efficiency of corrosion inhibitors， non-toxic， harmless and easily available corrosion inhibitors have also become the key to research due to the increasing attention of today's society to ecological awareness. The application of green corrosion inhibitor has become one of the important ways to prevent corrosion in modern society. It can reduce the corrosion speed， improve the service life of equipment and is cheap and easy to obtain. In this paper， plant type water-soluble corrosion inhibitors were introduced.

Key words：" Corrosion; Water soluble corrosion inhibitor; Phytochemistry substances; Green chemistry