阿联酋楝提取物在HCl溶液中对碳钢的缓蚀剂作用

抽象的

UAE Neem (azadirachta indica.)对碳钢在1.0 M HCl溶液中的缓蚀作用进行了电化学研究，并在303 ~ 343 K温度下进行了失重实验。缓蚀率随缓蚀剂浓度的增加而增加。在2.0 g/L浓度下，室温下抑制率可达87%，303k下抑制率可达80%。抑制率随温度的升高而降低。采用Temkin吸附等温线计算了缓蚀剂在金属表面吸附的热力学参数。楝叶水提物单宁含量高，且含有一系列复杂的三萜苷，是一种很好的潜在缓蚀剂。

1.介绍

金属在许多行业，建筑，装置和公务员（如电力，水和污水用品）中的腐蚀是一个严重的问题。为了防止或最小化腐蚀，通常在流量冷却系统中使用抑制剂。有机，无机或两种抑制剂的混合物可以通过在金属表面上的化学吸附或与金属离子反应并在其表面上形成屏障型沉淀物的腐蚀[1］．

由于目前用作抑制剂的一些化学品的毒性和/或高成本，有必要开发环境可接受的廉价化学品。天然产品可以被认为是这一目的的良好来源。一些植物不同部位的水提取物，比如指甲花，Lawsonia inermis［1，迷迭香。[2]，卡里卡番木瓜［3.]，堇青堇和姜黄素(4),日期,Phoenix dactylifera，根本，lawsonia inermis,玉米,玉米［5),而Nypa Fruticans Wurmb［6已被发现是许多金属和合金的良好腐蚀抑制剂。最近，关于“腐蚀性媒体中金属腐蚀抑制剂的天然产品”的出色综述已发表[7］．

在阿联酋种植的Neem叶片水质提取物上没有报告研究，Azadirachta indica,作为缓蚀剂，研究了电化学效应和温度对碳钢在1.0 M HCl溶液中缓蚀的影响。在我们的研究中选择碳钢，因为高温腐蚀性酸广泛应用于与碳素钢和低合金钢有关的工业。

这项工作的目的是使用电位动力学和减肥测量来研究，通过Neem叶的水提取物，通过Neem Leave的水提取物在1.0M HCl溶液中对碳钢腐蚀抑制的影响，并计算热力学参数。本研究的产出旨在成为一种廉价的和一种环保的天然来源，可用作金属和合金的腐蚀抑制剂。

2.实验

这些叶子是从沙迦大学(沙迦，阿拉伯联合酋长国)种植的10年树龄的尼姆树中收集的，在室温下干燥，并储存在黑暗中供以后使用。

测试了几种提取程序。这些提取程序包括蒸馏水提取C、在室温下蒸馏水提取、煮沸乙醇提取(C).通过失重测量进行了初步的腐蚀研究，以找到最佳的萃取过程。这些初步的腐蚀测量结果表明，在室温下的水萃取与其他两种方法相同或效率更高。本工作采用了这种提取方法。

为了优化印楝叶的提取时间，取印楝干叶2.0 g，室温下用60 mL蒸馏水浸泡(C)从0.17小时到168小时的不同时间，然后过滤，然后加入HCl水溶液，在1.0 M的HCl中制成1.0 L的溶液。在(章节)中描述的减肥测量2.2.3）在如图所示制备的钢样本上进行（部分2.2.1）在每个提取物溶液中。抑制百分比根据（2)．发现7小时是最佳浸泡时间，如表所示1和图1．

在本研究中，2.0 g干印楝叶浸泡在60.0 mL蒸馏水中，室温(C)浸泡7小时(最佳时间)，然后过滤。滤液加入HCl水溶液中，在1.0 M HCl中制成1.0 L原液。从原液中制备浓度为2.0 g/L ~ 0.02 g/L的1.0 M HCl稀释溶液。

2．1.电化学

2.1.1。电极制备

5毫米直径的工作电极由5毫米直径的碳钢棒（226含有0.18％C，0.6％Mn，0.35％Si）制备，由“可靠的钢铁交易员”，Sharjah，阿联酋提供;使用亚铝酸酯环氧树脂安装在配合电化学电池的玻璃管中。使用一系列的碳钢纸在每次实验之前，使用一系列碳焊纸和1200级以1200等级结束的碳钢纸磨损。然后用0.3抛光电极表面 M氧化铝在布上，用去离子蒸馏水洗涤，用纯乙醇漂洗，然后转移到含脱氧新鲜电解液的电化学电池中。

2.1.2。仪表

同样的电化学玻璃电池(英国南安普顿大学制造)在我们之前的工作中使用[8- - - - - -13.，如图所示2在这里工作。该电化学池由碳钢工作电极(WE)、饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极(RE)和铂网对电极(CE)组成。每次实验前，用氮气鼓泡对电解液进行脱氧。电池的设计允许氮逸入溶液，阻止其在水平安装的电极表面收集。

将反电极隔室与玻璃料与工作电极室分离。这样，在电化学反应期间保护工作电极免受可在对电极产生的任何物质。使用的电化学设备和化学物质如下。

计算机控制的Sycopel AEW2-1000电化学工作站(由Sycopel Scientific Limited, England提供)，可驱动电流达±1a，电池间输出电位达±10v。

使用分析级盐酸（Ajax）。

2.1.3。测量过程

在如上所述制备的碳钢电极上进行电化学腐蚀测量（TaFel图），在1.0M HCl中，在1.0M HCl中含有各种浓度的含水Neem提取物。Neem提取物的浓度范围为2.0g / l至0.2g / l。

将60毫升新制备的电解液注入电化学电池。然后用氮气对溶液进行脱氧;记录工作电极与SCE的平衡电位，直至达到稳定状态。最后，以1 mV的扫描速率对电极电位随SCE的变化进行−700 mV ~−100 mV的扫描年代^－1．收集数据并绘制成当前(，ma）与电极电位相比（(mV)与SCE。采取极端的实验预防措施，使用新抛光的电极和新鲜的电解液，实验至少重复三次，以确保结果的重现性。一旦获得可重复的图，腐蚀电流就可以从(电流的对数，mA)与电极电位图(Tafel图)。

２.２.温度的影响

2.2.1。样本准备

矩形标本(）由3毫米厚的碳钢板（226含量为0.18％C，0.6％Mn，0.35％Si），Sharjah，阿联酋的300毫米厚的碳钢片（含0.18％C，0.6％CN和0.35％SI）。并用于减肥测量。靠近样品的上边缘，钻出2mm直径的孔，并用玻璃棒钩住以浸入目的。用600级砂纸抛光试样，用蒸馏水冲洗，用丙酮脱脂，干燥，最终在每个实验之前精确地称重准确的分析平衡。

2.2.2。仪表

对于减肥测量[14.，15.]，用回流冷凝器和长玻璃棒配有250ml圆底烧瓶，其用于钩住并将样品浸入并浸入热控制的水浴中。

2.2.3。测量过程

100毫升1.0 M HCl溶液，有或没有不同浓度的印楝水提取物转移到烧瓶中。然后将烧瓶放入水浴中。当达到所需温度时，用玻璃棒钩住精确称重的碳钢试样在溶液中浸泡恰好6小时。在此之后，样品被取出，用蒸馏水去离子水漂洗，用丙酮去油，干燥，最后在精确的分析天平上精确称重。在0.02 g/L ~ 2.00 g/L的缓蚀剂浓度范围内重复此过程;温度从303 K到343 K。

3。结果与讨论

3．1.电化学

碳钢电极在1.0 M除氧HCl溶液中，加入或不加入不同浓度的Neem水溶液提取物的阳极和阴极极化曲线(Tafel图)如图所示3.．含水NeeM提取物作用为混合抑制剂，因为其在所有浓度的存在影响，偏振曲线的阳极和阴极分支。此外，对应于所有浓度的含水Neem提取物的偏振曲线几乎距离未抵消1.0M HCl的距离相等。通过在腐蚀电位下定位Tafel Plot的阳极和阴极曲线的外推切线的交叉来测定每种溶液中碳钢电极的腐蚀电流（)．表中给出了相关电化学参数和相应百分比抑制的值2．腐蚀电流随缓蚀剂浓度的增加而减小，如表所示2．在没有抑制剂（1.0μmHCl）的情况下，腐蚀电流为0.76 mA;当NEEM叶子提取物的浓度达到1.0μmHCl中达到2.0g / l时，落到0.101 mA（表2)．

根据（以（）计算在1.0M HCl中各种浓度的NEEM提取物抑制率百分比的值1），并显示在表中2： 在哪里未污点的解决方案中的腐蚀电流，和=抑制溶液中的腐蚀电流。

抑制百分比与1.0MHCl中含水Neem提取物的浓度的曲线图如图所示4．从图中可以看出，缓蚀率从0.20 g/L时的69%左右急剧增加到2.0 g/L时的87%左右。

影响有机化合物缓蚀效率的因素很多，如吸附基团的数量、类型、分子大小、分子结构以及与腐蚀金属表面的相互作用方式等。这些分子通过化学吸附或物理吸附在金属表面具有抑制腐蚀的能力。物理吸附的分子通过在其附着的两侧转移阴极反应来减少腐蚀，而附在阳极区域的化学吸附的分子则延缓了这些区域的腐蚀反应。由于丹宁酸和一系列被称为“三萜类”或更确切地说“柠檬类”的复杂化合物的高含量，楝树的味道是苦的。其中最重要的三萜之一是印楝素。从楝树的不同部位中分离出近100个原柠檬素类、柠檬素类或四四萜、五四萜、外四萜和一些萜烯类成分;还有更多的人被孤立。由于单宁含有多酚基团，这些基团能够与铁离子形成单宁酸盐，单宁酸的缓蚀作用是由于单宁酸铁形成高度交叉的网状结构，保护金属表面。以同样的方式，三萜有一些官能团，如(OH, C = O, C = C)，可以与金属表面相互作用，并保护其免受水合氢离子(H_3.O⁺)离子。

电极时拿出的1.0 HCl包含2.0 g / L的水提取印楝树叶(的实验),碳钢表面更清洁(大约87%抑制)与实验浓度为0.20 g / L在1.0 M盐酸(抑制约69%)。

这种高的缓蚀率可能是由于单宁酸、三萜类和许多其他有机化合物的存在，而这些化合物是仅用蒸馏水浸泡楝叶提取出来的。

3.2。温度的影响

在浸入1.0MHCl浸没的碳钢上进行减肥腐蚀试验在6小时内没有或存在含水Neem提取物。桌子3.代表腐蚀速率[mg厘米² h^－1[分别在303,31,323,333和343 k分别为0.02g / l至2.00g / l的浓度从0.02g / l至2.00g / l的浓度。百分比效率根据（2）： 在哪里无缓蚀剂时的腐蚀速率;和腐蚀速率与抑制剂。

碳钢在1.0 M HCl中的腐蚀速率与不同浓度的印楝叶水提液在303 - 343 K温度下的函数如图所示5和6．显然已经注意到，在较低浓度的提取物中腐蚀速度比在303k和313k的较高浓度下迅速下降，而情况在323k和333k的情况下相反。在343 k下，没有抑制所有在低浓度，而不是腐蚀速率的加速度。这可能是由于NEEM叶子中离子的存在（用水萃取），并且因为在这个升高的温度下，抑制剂的吸附（在低浓度下）低，溶解离子对增加的增加影响很大除了HCl溶液之外还存在腐蚀速率。当提取物的浓度增加时，更多的抑制剂似乎被吸附在金属表面上，这反过来导致溶解离子对腐蚀速率的影响较小。

腐蚀速率的相对降低在较低温度下比在更高的温度下更显着，如图所示5和6．这意味着在较低温度下腐蚀速度更大地减少。

在303 - 343 K的温度范围内，楝叶水提取物的抑制率随浓度的函数如图所示7．类似于数字中的腐蚀速率5和6，抑制在低温下比在较高温度下更明显，更有效，甚至在343k和等于或小于0.50g / L的浓度下均匀催化作用（阴性抑制值）。

根据阿伦尼乌斯方程(3.），腐蚀速率（腐蚀速率）的天然对数的值和k的倒数的值^－1(1 /）在表中制表4： 在哪里=激活能[千卡摩尔^－1]，=气体常数[kcal摩尔^－1]，=绝对温度[k]和const。=常数

1.0 m HCl溶液中碳钢腐蚀的Arrhenius曲线，（LN腐蚀速率为1 / /（如果没有0.02g / L的浓度的Neem叶片的含水提取物的存在，则在图中绘制了2.0g / L.8．从图中，斜率(）确定每根线并用于根据（3.),千卡摩尔^－1．可以明显地看到，随着萃取液浓度的增加，碳钢在1.0 M HCl中的腐蚀活化能也增加(18.27千卡)摩尔^－1在1.0 m HCl中，没有抑制剂到25.96千卡摩尔^－1印楝叶水提物2.0 g/L, 1.0 M HCl)5)．

不同浓度的印楝叶含水提取物(0.02 g/L ~ 2.0 g/L)在碳钢表面的表面覆盖度如表所示6．从表中提前报告的相应百分比效率值中提取这些值3.．表面覆盖值的曲线，，对抗Neem浓度的天然对数留下含水提取物;，碳钢在不同抑制剂温度下的反应如图所示9．通过检验这些数据，并将其调整到不同的理论吸附等温线，得出缓蚀剂吸附在碳钢表面是按照Temkin吸附等温线进行的: 在哪里=分子相互作用常数，=覆盖程度，=吸附反应的平衡常数=抑制剂的浓度。

吸附反应的平衡常数，，与AVES的标准自由能量有关（5）[16.]： 在哪里：=吸附反应的平衡常数，55.5 =水的浓度[moll^－1]，=标准自由能摩尔^－1]，=气体常数[kcal摩尔^－1),而=绝对温度[K]。

根据 （4），图中所示的直线9将有以下斜坡和拦截：

的组合(6)和(7)导致以下关系:

使用 （9，吸附反应的平衡常数，，计算出来。

缓蚀剂的吸附自由能，，使用(5)在不同温度下(303至343 K)，如表所示7．

吸附焓，，计算公式如下表所示8： 熵，，使用以下在抑制剂的各种温度下计算，并显示在表中9：

活化能在所有浓度(0.02 g/L ~ 2.0 g/L)的印楝叶水提物存在时，其对碳钢腐蚀的活化能(25.96 kcal)均高于无水提物存在时的活化能(25.96 kcal)摩尔^－1在1.0 M HCl中提取2.0 g/L，而在18.27 kcal中提取摩尔^－1在1.0 M盐酸中无提取物)。这可以归因于较高的值的事实在有缓蚀剂的情况下相对于无缓蚀剂的情况下一般都是符合物理吸附的，而其值不变或较低在被抑制的溶液中，建议电荷共享或从有机抑制剂转移到金属表面形成配位共价键(化学吸附)。

腐蚀的激活能量的增加是由于降低缓蚀剂在金属表面的吸附随着温度的增加,随后,腐蚀速率的增加将导致更大的接触面积金属表面的酸。当温度高达343 K，萃取液浓度小于或等于0.50 g/L时，碳钢腐蚀加速。

在各种温度下，在各种温度下存在的热力学数据在表7至9中制表．这些热力学量表示吸附和解吸值的代数和。的负值表示抑制剂在碳钢表面上的自发吸附。自由能，，从约- 8千卡增加摩尔⁻¹303 k至约-3 kcal摩尔⁻¹在343 K.吸附过程被认为是放热的并且与熵减少有关（）溶质，而相反的是溶剂的真实[17.］．取代吸附过程中熵的增加归因于溶剂熵的增加(表)9)．这与一般建议同意，即自由能的绝对值，，随着抑制效率的增加而增加[18.- - - - - -20.，因为有机化合物的吸附是伴随着水分子离开表面的解吸。

这种高的缓蚀率可能是由于单宁酸、三萜类和许多其他有机化合物的存在，而这些化合物是仅用蒸馏水浸泡楝叶提取出来的。这种抑制也可能是由于被吸附化合物之间的协同作用。

这些结果与Fouda等人同意。［21.，22.据表明，有机化合物的抑制效率取决于许多因素，包括它们的电荷密度，吸附位点的数量，氢化热，与金属表面相互作用，以及金属配合物的形成。

4。结论

在1.0 M HCl溶液中，楝叶水提液对碳钢是一种高效的缓蚀剂，在2.0 g/L和室温条件下，其缓蚀剂浓度可达87%。即使是这个浓度的一半，1.0 g/L，在室温下也能获得约80%的抑制。

碳钢在1.0 M盐酸中的腐蚀速率是印楝提取物浓度的函数。该速率随楝树提取物浓度的增加而降低。

在该抑制剂存在下抑制的百分比随着温度降低，表明物理吸附是主要的抑制机制，因为吸附的抑制剂的量随着温度的增加而降低。

含水Neem叶子提取物是1.0M HCl溶液中碳钢的优异，绿色，环保，非常便宜的腐蚀抑制剂，因此可用于代替有毒和高成本的化学品。

致谢

作者要感谢沙迦大学“研究生研究学院”对该研究项目的资助，以及他们的研究小组“腐蚀预防与控制”。

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