一种黄豆提取物水解产物缓蚀剂及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种黄豆提取物水解产物缓蚀剂及其制备方法和应用 (Soybean extract hydrolysate corrosion inhibitor and preparation method and application thereof ) 是由 李杰兰 金怡宁 李倩娜 王笑梅 杨雪 于 2020-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种黄豆提取物水解产物缓蚀剂及其制备方法和应用。上述缓蚀剂以黄豆为原料,制备包括如下步骤：黄豆加水充分浸泡后搅拌粉碎,将抽滤后的滤液蒸干获得黄豆提取物,提取物中加入木瓜蛋白酶进行水解,控制水解条件获得不同水解度的水解产物缓蚀剂。本发明制备的缓蚀剂对盐酸溶液中的碳钢具有良好的缓蚀性能,在碳钢设备酸洗领域具有较大的应用前景。另外,本发明制备的缓蚀剂具有原料价廉易得、环境友好、制备方法工艺简单、适合规模化生产等优点。(The invention discloses a soybean extract hydrolysate corrosion inhibitor and a preparation method and application thereof. The corrosion inhibitor takes soybeans as raw materials, and the preparation method comprises the following steps: fully soaking soybeans in water, stirring, crushing, evaporating filtrate after suction filtration to obtain a soybean extract, adding papain into the extract for hydrolysis, and controlling hydrolysis conditions to obtain hydrolysate corrosion inhibitors with different hydrolysis degrees. The corrosion inhibitor prepared by the invention has good corrosion inhibition performance on carbon steel in a hydrochloric acid solution, and has a wide application prospect in the field of carbon steel equipment pickling. In addition, the corrosion inhibitor prepared by the invention has the advantages of cheap and easily available raw materials, environmental friendliness, simple preparation method and process, suitability for large-scale production and the like.)
技术领域
本发明涉及金属缓蚀剂生产技术领域，具体的说是用于抑制盐酸溶液中A3钢的腐蚀的一种黄豆提取物水解产物缓蚀剂、其制备方法及应用。
背景技术
金属材料腐蚀现象普遍存在，各国每年由于金属腐蚀造成的经济损失占国民经济生产总值的2-4％。金属腐蚀在造成经济损失的同时也造成了资源和能源的浪费，在腐蚀环境中添加缓蚀剂是有效解决腐蚀问题的方法之一。
碳钢在现代生产生活中应用广泛，在酸洗除垢、酸化采油等领域中盐酸应用较广，对碳钢设备腐蚀严重，而一些缓蚀剂由于毒性大、生物降解差等缺点受到了很多的限制，开发盐酸介质中碳钢的高效、低毒、环境友好的缓蚀剂具有很强的实际应用价值。
氨基酸类化合物具有无毒、易降解的特性，各国学者对氨基酸及衍生物的缓蚀性能开展了大量研究。氨基酸种类繁多，不同种类的氨基酸分子中的侧链结构及其包含的亲水性基团和疏水性基团对其缓蚀作用影响显著，氨基酸衍生物的研究主要是将氨基酸和其他有机物嫁接在一起，赋予分子中更多利于吸附缓蚀的特殊基团和结构。黄豆中富含蛋白质，其中的基本结构单元氨基酸种类多样，将蛋白质中的一些肽键断裂，形成短链的多肽，是合成具备多种氨基酸结构新型缓蚀剂的新思路。本发明将黄豆提取物酶解获得水解产物缓蚀剂的同时，也为黄豆的深加工提供了一条崭新的途径，这将具有很好的应用前景和社会经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黄豆提取物水解产物缓蚀剂的制备方法及应用。该缓蚀剂可应用于盐酸溶液中碳钢的缓蚀剂，具有较高的缓蚀效率。另外，本发明的制备方法具有如下优点：原料价廉易得、操作简单、条件易控、适合规模化生产等。
本发明的技术方案是：一种黄豆提取物水解产物缓蚀剂其活性成分主要为黄豆提取物的木瓜蛋白酶水解产物；所述的黄豆提取物水解产物缓蚀剂为粉末状。
黄豆提取物水解产物缓蚀剂的制备过程为：
黄豆加水浸泡10-14h，其中料液质量比为1:10，用粉粹机粉碎，搅拌2h后用150目滤布进行过滤，所得滤液再进行抽滤，将抽滤获得的滤液置于50℃烘箱中烘干得到淡黄色黄豆提取物粉末。
为了易于进行水解反应，将黄豆提取物配制成蛋白含量为5-10％的溶液，85℃加热20min，温度降至50℃后添加浓度2000U/g～32000U/g的木瓜蛋白酶水解60min，水解中滴加NaOH溶液维持pH＝6.91，将水解液烘干制得黄豆提取物水解产物粉末。
进一步的，添加的木瓜蛋白酶浓度分别为2000U/g、4000U/g、8000U/g、16000U/g、32000U/g。优选的，添加的木瓜蛋白酶浓度为32000U/g。
进一步的，所述黄豆浸泡时间优选12h。
进一步的，水解液烘干条件为50℃。
本发明同时请求保护黄豆提取物水解产物可用作A3钢在盐酸溶液中的缓蚀剂。
黄豆提取物水解产物缓蚀剂添加浓度为100-400mg/L，盐酸溶液浓度为1.0-3.0mol/L，盐酸溶液温度为20-60℃，A3钢浸泡时间为6-72h。
优选的，所述的黄豆提取物水解产物缓蚀剂添加浓度为400mg/L，盐酸溶液浓度为1.0mol/L，盐酸溶液温度为40℃，A3钢浸泡时间为48h。
本发明的原理在于：该缓蚀剂为吸附膜型缓蚀剂，缓蚀作用是因为缓蚀剂分子取代了吸附在铁表面的水分子，减少了FeOH+的产生，从而抑制腐蚀反应的发生；同时，缓蚀剂分子所含的极性基团中的N、O等原子具有孤对电子，可与铁离子的空d轨道形成配合物，从而产生化学吸附，或通过静电作用产生物理吸附在A3钢表面形成紧密、牢固的吸附膜，对A3钢表面的电荷状态产生影响；除此之外，小分子的黄豆提取物水解产物多肽，肽链较短，裸露在端基处的亲水基团数量增多，活性吸附位点增加，金属表面吸附膜分子间空隙减少，覆盖度增大，吸附膜更加牢固、致密，改善金属/溶液界面的双电层结构，从而产生显著的缓蚀作用。本发明缓蚀剂对盐酸溶液中A3钢的腐蚀具有显著的抑制作用，同时为黄豆的高附加值开发提供一条新的途径。
本发明的有益效果在于：1)本发明采用天然植物种子黄豆为原料，先通过水提法获得提取物，提取物中的蛋白质为富含多种氨基酸结构的大分子，空间位阻较大不利于缓蚀剂分子在A3钢表面的吸附，采用木瓜蛋白酶对黄豆提取物进行水解后蛋白质大分子转变为小分子多肽，降低了空间位阻效应，水解产物在A3钢表面的吸附能力提高，缓蚀性能得以增强，水解度越大获得的水解产物分子越小，缓蚀性能越佳；2)本发明具备原料可生物降解、来源广泛、可再生、无毒无污染、价廉易得等优点；3)本发明的缓蚀剂在室温时，在1mol/L的盐酸溶液中添加400mg/L时，对A3钢的缓蚀效率可达94.36％，对盐酸溶液中的A3钢具有良好的缓蚀作用，在A3钢的防腐中具有良好的发展前景。
附图说明
图1为黄豆提取物水解产物的红外光谱图。
图2为黄豆提取物水解产物对碳钢缓蚀效果对比图，其中a为碳钢在未添加黄豆提取物水解产物的盐酸溶液中浸泡6h后的扫描电镜照片，b为碳钢在添加黄豆提取物水解产物的盐酸溶液中浸泡6h后的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面进一步结合附图和实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，示例中具体的质量、反应时间和温度、工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
实施例1：
黄豆提取物水解产物缓蚀剂的制备：将优质饱满的黄豆洗净、浸泡(浸泡12h，黄豆：水＝1:10)、去皮、粉碎、搅拌、过滤、抽滤，将滤液在50℃烘箱内烘干，制得黄豆提取物。再将黄豆提取物配置成蛋白质含量为5％的溶液，85℃水浴加热20min，添加木瓜蛋白酶32000U/g水解60min，(水解过程控制pH＝6.91，在该pH下有利于计算水解度，水解度不同，缓蚀效果不同)，水解液置于50℃烘箱内烘干，即可制得水解度为8.06％黄豆提取物水解产物。对黄豆提取物水解产物进行红外光谱表征，所得光谱图如图1所示：在3270-3280cm-1出现了-NH2的吸收峰，在2925cm-1出现了-CH-的不对称伸缩振动峰，在1632cm-1和1536cm-1有吸收峰说明是-COOH-中C＝O伸缩振动，在1046cm-1附近为C-N的伸缩振动峰。由此可知，黄豆提取物水解产物含有以N、O等原子为中心的极性基团，如-NH2，-CH-，C＝O等，因此黄豆提取物水解产物具有潜在的缓蚀作用。因为这些极性基团中的和原子电负性比较大，具有孤对电子，可与铁离子的空d轨道形成配合物，从而产生化学吸附，或通过静电作用产生物理吸附形成紧密、牢固的吸附膜。
本发明按照GB10124-88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行失重实验。根据实施例1制备的水解度为8.06％的黄豆提取物水解产物缓蚀剂，20℃时对1mol/L盐酸溶液中A3钢的缓蚀率如表1所示。
表1
由表1可知缓蚀剂的最佳浓度为400mg/L。除此之外，我们还对进行失重试验的A3钢进行了表面的腐蚀形貌图表征，从图2中的扫描电镜(SEM)可看出在未添加缓蚀剂的盐酸溶液中A3钢表面凸凹不平，非常粗糙，腐蚀严重；添加缓蚀剂后A3钢表面未见明显腐蚀，表面变得平坦，粗糙度较小，且附着了一层均匀的膜层，表明黄豆提取物水解产物吸附于A3钢表面从而抑制腐蚀的发生。
实施例2：
本实施例考察了不同浓度木瓜蛋白酶对黄豆提取物水解产物的缓蚀效果。
黄豆提取物水解产物缓蚀剂的制备：将优质饱满的黄豆洗净、浸泡(浸泡12h，黄豆：水＝1:10)、去皮、榨碎、搅拌、过滤、抽滤，将滤液在50℃烘箱内烘干，制得黄豆提取物。再将黄豆提取物配置成蛋白质含量为5％的溶液，85℃水浴加热20min，添加不同浓度木瓜蛋白酶2000U/g、4000U/g、8000U/g、16000U/g、32000U/g水解60min，水解过程控制pH＝6.91，水解液置于50℃烘箱内烘干，即得黄豆提取物水解产物。上述不同浓度木瓜蛋白酶获得水解度分别为1.79％、2.69％、6.72％、7.17％、8.06％的水解产物，酶加量32000U/g时获得的水解度为8.06％的水解产物缓蚀效果最佳。
实施例3：
本实施例考察了不同水解度的黄豆提取物水解产物的缓蚀性能。
采用实施例2方法制备的不同水解度的黄豆提取物水解产物作为缓蚀剂，20℃缓蚀剂添加浓度为400mg/L时，1mol/L盐酸溶液中水解度分别为1.79％、2.69％、6.72％、7.17％、8.06％的黄豆提取物水解产物对A3钢的缓蚀率分别为90.51％、92.24％、92.78％、94.21、94.36％。
实施例4：
本实施例考察了不同盐酸溶液温度对缓蚀性能的影响。
采用实施例1方法制备的水解度为8.06％的黄豆提取物水解产物作为缓蚀剂，温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃缓蚀剂添加浓度为400mg/L时，缓蚀剂对1mol/L盐酸溶液中A3钢的缓蚀率分别为94.36％、94.45％、96.12％、92.56％、91.38％。
实施例5：
本实施例考察了不同浸泡时间对缓蚀性能的影响。
采用实施例1方法制备的水解度为8.06％的黄豆提取物水解产物作为缓蚀剂，20℃缓蚀剂添加浓度为400mg/L，反应时间分别为6h、24h、48h时，缓蚀剂对1mol/L盐酸溶液中A3钢的缓蚀率分别为94.36％、95.23％、97.12％。
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