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一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用研究

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-11-09 14:52:19

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 魏浩 | 2022-11-09 14:52:19

重庆科技学院防腐与表面技术研究所开展了一种基于火棘果的缓蚀剂、制备方法及应用研究。火棘果作为缓蚀剂的活性成分为火棘果的乙醇提取物。现有技术中将火棘果提取物作为缓蚀剂并进行应用的技术方案尚未见报道。目前缓蚀剂的种类繁多,按照缓蚀剂的种类可以分为有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。然而,绝大数的缓蚀剂在使用过程中不仅会对环境造成严重污染而且成本高,因此开发和探究绿色廉价的缓蚀剂就显得尤为重要。

目前对于新型、绿色、廉价缓蚀剂的筛选存在很大难度,植物提取物作为新型绿色缓蚀剂已经得到了许多腐蚀防护学者的关注,然而,很多植物类提取缓蚀剂在制备过程中存在过程复杂,所得提取物的缓蚀性能不高等一系列的问题。

火棘果又名救兵粮、救命粮,其果实为梨果,似扁圆球,果皮呈鲜红色,少数品种呈金黄色,平均单果鲜重0.08~0.23 g。我国火棘果资源极为丰富,且分布集中,便于采集利用。火棘果实中含有丰富的淀粉、有机酸、蛋白质、氨基酸、维生素和多种矿质元素,火棘果大多鲜食,也可加工成各种饮料。但现有技术中将火棘果提取物作为缓蚀剂并进行应用的技术方案尚未见报道。因此,亟需设计一种新的基于火棘果的缓蚀剂及其制备方法。

本技术的目的在于提供一种应用所述基于火棘果的缓蚀剂的基于火棘果的缓蚀剂的制备方法,制备方法包括以下步骤:步骤一,将洗净的火棘果烘干后研磨成粉末;步骤二,取火棘果粉末加入盛有无水乙醇的大烧杯中,搅拌均匀后,用保鲜膜将大烧杯的口密封,置于室温下浸泡,得上清液;步骤三,将上清液倒入旋转蒸发仪中进行蒸发浓缩,得浓缩液;步骤四,将装有浓缩液的烧杯放入烘箱中干燥,得火棘果的乙醇提取物。进一步,所述步骤一中的烘干条件包括:将火棘果于343 K烘干48 h。进一步,所述步骤二中的火棘果粉末的称取量为100 g。进一步,所述步骤二中的无水乙醇的量取容量为1000 mL。进一步,所述步骤二中的无水乙醇的浓度95%。进一步,所述步骤二中的浸泡时间为15天。进一步,所述步骤三中的浓缩液的体积为20 mL。进一步,所述步骤四中的烘箱温度设置为343 K,所述干燥时间为24 h。本技术在于提供一种所述基于火棘果的缓蚀剂在抑制铜的腐蚀中的应用。本技术采用乙醇提取法获得了火棘果提取物作为缓蚀剂,具有制备方法简单、缓蚀效率高、绿色环保、成本低廉等一系列优势。

目前,缓蚀剂是添加于腐蚀介质中使金属腐蚀速度显著降低的物质,因具有用量小(千万分之几到千分之几)、价格低、来源广、效果好和通用性强等优点,在各种金属防护方法中占据了重要地位。缓蚀剂按化学成分可以分为无机类和有机类。无机缓蚀剂是促使金属钝化的氧化物或能在金属表面成膜的无机盐类,如亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸三钠等;有机缓蚀剂分子大多有容易被金属表面吸附的极性基团及由碳、氢组成的非极性基团,如胺类、杂环化合物和咪唑类。在工业生产中,很多设备面临在中性及碱性环境中易腐蚀的问题,一旦这些设备因严重腐蚀而损坏,将导致生产难以连续进行,从而造成巨大损失。而采用添加缓蚀剂的方法,可在一定程度上解决此类腐蚀问题。随着人类工业文明的不断推进,铜的应用对千社会发展和进步有着至关重要的作用,这归因于铜具有不错的延展性、导热性、导电性等性质。因此,铜及其合金能够被广泛应用于微电子、热交换系统、艺术、船舶、机械制造、建筑工业等诸多重要领域。然而,以铜制造的设备在使用过程口随着时间的流逝,它将受到腐蚀、断裂和磨损等方式的损坏。其中腐蚀会带来三大的经济损失,包括工作环境恶化、严重安全隐患、资源耗损、生产停顿以及环境污染等诸多问题。因此,为了有效地除去铜表面的氧化膜(CuO 或CuO),通常采用盐酸、硫酸、硝酸和磷酸等酸洗液对铜表面进行化学酸洗,其中硫酸作为铜的酸洗液最为常见的。然而,在酸洗过程口,硫酸在除去铜表面氧化膜的同时也会对铜基底造成一定程度的腐蚀。因此,为了有效地防止硫酸洗液对铜基底腐蚀,需要在硫酸介质中添加少量的缓蚀剂。

本项目提供的基于火棘果的缓蚀剂在0.5 M硫酸介质中可以有效的抑制铜的腐蚀。本项目发明的缓蚀剂相对于传统的缓蚀剂具有制备过程简单、材料来源广、提取的成分纯天然无污染、溶解性好以及缓蚀效果明显等优势。因此,具有广阔的应用前景。

谭伯川,博士,主要从事缓蚀剂的理论设计和研发,在缓蚀剂领域发表SCI论文60余篇,其中高被引论文7篇,入选2022年美国斯坦福大学统计的全球前2%顶尖科学家“年度影响力”榜单,负责项目指导和实施。李文坡,博士,副高,主要研究缓蚀剂的开发,在国际著名期刊上发表SCI收录论文70余篇,其中高被引6篇,获学会奖1篇,热点论文1篇,文章他引次数2257次,H因子为24。申请中国发明专利6件。担任20余种SCI期刊的审稿人等学术兼职,在该技术中火棘果的乙醇提取物的制备和表征。郭雷,博士研究生,教授。主要致力于材料腐蚀与防护、电化学分析方法、电解与电镀、化学电源设计等领域的研究。主持了4项课题,国家课题1项,省部课题2项,学校课题1项。负责缓蚀剂的性能评价。强玉杰,博士研究生,副教授。从事缓蚀剂与防腐涂层方面的研究工作,揭示了有机分子化学结构与缓蚀性能之间的构效关系,实现了在分子层面上调控缓蚀效率的目标;制备了缓蚀剂负载的系列智能防腐涂层并揭示了相关机制。累计发表SCI论文80篇(第一/通讯39篇),引用超5000次,H因子35,ESI高被引论文14篇,负责缓蚀剂理论设计。

火棘果作为缓蚀剂的投入经费,主要包括缓蚀剂的提取制备、缓蚀性能的评价等方面。累计投入成本3万元,潜在技术效果和经济效益显著。

火棘果又名救兵粮、救命粮,其果实为梨果,似扁圆球,果皮呈鲜红色,少数品种呈金黄色,平均单果鲜重0.08~0.23 g。我国火棘果资源极为丰富,且分布集中,便于采集利用。火棘果实中含有丰富的淀粉、有机酸、蛋白质、氨基酸、维生素和多种矿质元素,火棘果大多鲜食,也可加工成各种饮料。但现有技术中将火棘果提取物作为缓蚀剂并进行应用的技术方案尚未见报道。因此,亟需设计一种新的基于火棘果的缓蚀剂及其制备方法。

腐蚀是金属材料设备安全运行最主要的破坏因素,特别是在油气开采、化学清洗和化工生产等严酷环境中,由金属腐蚀造成的事故屡见不鲜,给人们的生命财产带来了非常严重的威胁。侯保荣院士在2014年发表了腐蚀成本的调研报告,中国每年腐蚀成本大概是21278亿元人民币,约占GDP的3.34%。因此,做好金属的腐蚀防护工作,已不单纯是技术问题,而是关系到保护资源、节约能源、保护环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列重大的社会和经济问题。

缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于介质中减缓金属材料腐蚀的化学物质。添加缓蚀剂作为一种有效的防腐蚀技术,可以在不改变材料性质和状态的前提下达到延长材料设备的使用寿命,从而得到广泛的应用。然而,在缓蚀剂研究领域,仍然存在许多需要解决的重大科学理论和实际应用问题。

项目针对上述科学理论和实际应用问题,基于实验与理论相结合的研究策略,在新型高性能缓蚀剂的研究与开发上开展了深入而广泛的研究,取得了一系列具有重要科学理论和工程应用价值的研究成果。

在保护生态环境方面,植物缓蚀剂具有绿色环保、可降解等优势、使用过程不会对环境造成污染,另一方面,植物价值等可以进行充分的利用,实现资源的充分利用。因此具有重要的应用前景。

本技术的目的在于提供一种应用所述基于火棘果的缓蚀剂的基于火棘果的缓蚀剂的制备方法,所述基于火棘果的缓蚀剂的制备方法包括以下步骤:

步骤一,将洗净的火棘果烘干后研磨成粉末;

步骤二,取火棘果粉末加入盛有无水乙醇的大烧杯中,搅拌均匀后,用保鲜膜将大烧杯的口密封,置于室温下浸泡,得上清液;

步骤三,将上清液倒入旋转蒸发仪中进行蒸发浓缩,得浓缩液;

步骤四,将装有浓缩液的烧杯放入烘箱中干燥,得火棘果的乙醇提取物。

进一步,所述步骤一中的烘干条件包括:将火棘果于343 K烘干48 h。

进一步,所述步骤二中的火棘果粉末的称取量为100 g。

进一步,所述步骤二中的无水乙醇的量取容量为1000 mL。

进一步,所述步骤二中的无水乙醇的浓度95%。

进一步,所述步骤二中的浸泡时间为15天。

进一步,所述步骤三中的浓缩液的体积为20 mL。

进一步,所述步骤四中的烘箱温度设置为343 K,所述干燥时间为24 h。

本技术在于提供一种所述基于火棘果的缓蚀剂在抑制铜的腐蚀中的应用。金属铜具有不错的导热性、延展性、导电性等性质。因此,铜及其合金已经被广泛应用于电气、艺术、轻工、机械制造、建筑工业、国防等重要领域。然而,铜的工艺设备在服役过程中随着时间的推移,它将受到不同程度的直接或间接损坏,通常损坏的形式包括腐蚀、断裂和磨损。其中腐蚀会导致它的使用寿命大为缩短甚至报废,腐蚀带来巨大的经济损失,将导致生产停顿、工作环境恶化、严重安全隐患、资源耗损、产品质量降低和环境污染等一系列问题。

因此,为了有效地除去铜表面的氧化膜(CuO或Cu2O),通常采用酸洗液对铜表面进行化学酸洗,常见的化学酸洗液包括盐酸、硫酸、硝酸和磷酸等。其中硫酸是最常使用的酸洗液。然而,在酸洗过程中,硫酸在除去铜表面氧化膜的同时也会对铜基底造成一定程度的腐蚀。因此,为了有效地防止硫酸洗液对铜基底腐蚀,需要在硫酸介质中添加少量的缓蚀剂。然而绝大多数的缓蚀剂存在制备过程复杂、成本高、溶解性差以及缓蚀效果不明显等情况。本项目研发的天然植物缓蚀剂,经济效益十分可观。