云南省大学生创新创业训练计划项目.docx

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云南省大学生创新创业训练计划项目

云南省大学生创新创业训练计划

项目立项申请表

推荐学校：

西南林业大学

项　目　名　称：

银杏叶提取物作为钢的酸性缓蚀剂研究

项目申报类别：

创新训练项目

所属一级学科名称：

化学

申　　请　　人：

易云莉

所在学院及年级：

理学院2013级

指　导　教　师：

李向红

单位和职称：

西南林业大学理学院副教授

填　表　日　期：

2015-5-2

云南省教育厅云南省财政厅　制

填表说明

1.《申报书》各项内容，必须实事求是，表达要明确严谨，并要求打印或用钢笔填写。

页面不够时可加页，不得破坏后面表格的完整和美观。

对于填写不合要求、内容含糊不清、字迹潦草者，不予受理。

2.该《申报书》为A4　纸，各单位或个人可以从云南省教育厅高等教育处网站自行下载或翻印，但格式、内容、大小应与原件相同。

一、项目申请人情况

申

请

人

姓　名

易云莉

性别

女

民族

汉

出生日期

1994.7.10

所在学院

理学院

专业、班级

应用化学2013级

项目名称

银杏叶提取物作为钢的酸性缓蚀剂研究

通讯地址

云南省昆明市西南林业大学

电话

项目类别

█创新训练　　□创业训练　　□创业实践

项目周期

2年

所属学科专业

化学

申请人参加科研的经历

自何年月

至何年月

参加的项目

担任的工作

项目组其他成员（不超过5人，不包括申请人和指导教师）

姓　名

性别

年级

所在学院

专　　业

分　工

签　名

余梦

女

2013

理学院

应用化学

银杏叶缓蚀剂提取制备

陶艳

女

2013

理学院

应用化学

缓蚀性能及机理研究

肖红

女

2013

理学院

应用化学

银杏叶缓蚀剂提取制备

陈永强

男

2013

理学院

应用化学

缓蚀性能及机理研究

陈艳蓉

女

2013

理学院

应用化学

缓蚀性能及机理研究

二、拟申报项目情况

（一）项目介绍

（研究目标、研究背景及现状、工作原理和方案设想、计划进度安排等）

1.研究目标：

（1）建立一条成本低廉、重现性好的固体银杏叶缓蚀剂的提取制备路线。

（2）积累银杏叶缓蚀剂对钢在酸性介质中的缓蚀性能的新数据；揭示各因素对银杏叶缓蚀剂缓蚀性能的影响规律。

（3）阐释银杏叶缓蚀剂在钢表面的吸附行为和电化学作用机理；提出合理的缓蚀作用机理。

2.研究背景及现状：

金属材料在现代工农业、机械、交通、运输、国防和科学技术等部门占有非常重要的地位。

钢具有价格低廉、机械加工性能良好、产量大等优点，是选材、用材过程中首先考虑的金属，也是目前用量最大，应用最广的金属之一。

2006年中国的钢材消耗量约4.95亿吨，并保持逐年增长的态势，已成为世界钢铁消耗最大的国家[1]。

然而，钢极易发生腐蚀，危害十分严重。

据估计，全世界每年因腐蚀而报废的钢铁量相当于年产量的1/4到1/3。

缓蚀剂以其使用方便、适用范围广、投资少、见效快等优点，已成为最有效的防腐蚀技术之一。

为清除钢在保存、加工、使用过程中的锈层，恢复钢材的良好性能，采用酸洗技术是一种方便、低成本的方法，已得到广泛应用，但在酸洗过程中要求既能清除锈层又要保护钢免受酸的进一步腐蚀，故在酸洗过程中需添加酸洗缓蚀剂。

传统的无机缓蚀剂，如铬酸盐、亚硝酸盐、重金属离子（如Hg2+、Cd2+、As3+）等，存在剧毒和污染环境的缺点。

目前，缓蚀性能优良的有机缓蚀剂为含O、N、S、P等易提供孤对电子的原子或不饱和键的活性基团构成的化合物，但大多数也存在有毒、成本较高、合成路线复杂等缺点，不利于普及。

随着环保意识和可持续发展战略的加强，许多有毒、有害、污染环境的缓蚀剂将被限制和禁止使用，因此寻求无毒、使用安全、环境友好的缓蚀剂为全世界所关注。

探索从植物中提取制备出植物缓蚀剂是开发环境友好缓蚀剂的重要途径之一[2]，在缓蚀剂研究领域中具有重要地位，而且是未来缓蚀剂发展的重要方向[3]。

国内外对植物缓蚀剂开展了大量研究[4,5]，特别是进入21世纪，植物缓蚀剂的研究正方兴未艾，日益引起人们的重视。

近年来，一些植物的提取物作为钢在酸介质中的缓蚀剂相继报道，如花椒（Zenthoxylumalatum）[6]、洛神葵（Hibiscussubdariffa）[7]、豚草（AmbrosiamaritimeL.）[8]、苦味叶下株（Phyllanthusamarus）[9]、尖尾凤（Justiciagendarussa）[10]、指甲花（lawsonia）[11]、橄榄树（OleaeuropaeaL.）[12]、白羽扇豆（LupinousalbusL.）[13]、葫芦巴（fenugreek）[14]、海带[15]、大蒜[16]、黄莲[17]、白玉兰[18]、桉树[19]等；结果表明，植物提取物对钢具有良好的缓蚀作用，并且植物缓蚀剂性价比优于化学试剂缓蚀剂。

然而，植物缓蚀剂的研究相对于化学试剂缓蚀剂而言显得落后，还处在研究的起步阶段。

主要体现在以下几方面：

（1）选择植物时，对应用前景考虑不充分：

植物种类繁多，故对植物的选择是植物缓蚀剂必须首要解决的问题，它直接关系到植物缓蚀剂的应用前景。

从目前收集的文献来看，选择植物时，目的性不强，对应用前景考虑不充分。

一方面，未考虑资源分布的特点，选择了资源相对匮乏的植物；另一方面，有的植物提取物也存在一定的毒性，或有较强的刺激性气味，均会给应用带来安全隐患。

此外，植物的采集利用是否会对生态环境带来危害（植物是否可持续

利用）也是一个不可回避的问题。

（2）提取制备路线不成熟：

目前，对于植物缓蚀剂的提取制备路线较多，主要有以下四种：

（a）直接以新鲜植物压榨后所得的汁液[16]作为缓蚀剂；（b）将植物浸泡于水中一定时间,然后过滤，所得的滤液进一步浓缩[8,13,14]后即为植物缓蚀剂;（c）用腐蚀介质浸泡干燥后的植物粉末一定时间，过滤残渣后所得的浸泡液[7,9,18]即为缓蚀剂；（d）采用极性较大的有机溶剂浸泡，然后过滤[6]或进一步浓缩[10]得到一定量植物缓蚀剂，依次进行稀释备用。

以上提取制备方法虽然操作简便，但由于提取出的植物缓蚀剂都是液体，不易量化和控制，使用条件难以统一，重现性较差；且难以储存，易被细菌微生物侵蚀而变质致使缓蚀率下降[15]。

如果植物缓蚀剂为固体，则具有易定量化、易储存、缓蚀性能稳定等优点。

（3）缓蚀作用研究有待深入：

与化学试剂缓蚀剂相比，植物缓蚀剂的缓蚀作用影响因素多且复杂，故其研究难点在于澄清各因素对缓蚀作用的影响规律。

据目前收集的文献资料，对于植物缓蚀剂浓度、温度、介质浓度、腐蚀时间因素对缓蚀作用的影响规律已有初步研究。

然而，植物缓蚀剂和化学缓蚀剂存在着本质区别，即植物缓蚀剂往往受提取条件、采集季节、存放时间等因素的影响，故这些因素对植物缓蚀剂的缓蚀作用影响规律有待进一步深入研究。

此外，目前研究的介质多局限于无机酸，对于有机酸介质的研究非常罕见。

综上，选择资源丰富、提取物无毒且可持续利用的植物，建立重现性好的固体植物缓蚀剂的提取制备路线并优化提取条件，充分揭示各因素对缓蚀性能影响的重要规律是当今植物缓蚀剂应用基础研究中需要迫切解决的科学问题。

据此，本课题组已对常见植物叶提取物（固体）作为缓蚀剂开展了大量研究，如迎春花[20]、元宝枫[21]、三角枫[22]、滇润楠[23]、竹叶[24]等。

在此基础上，综合考虑植物资源的可持续利用、提取物的特点及开发利用前景，本项目选定云南丰富的银杏叶资源，并从中提取制备出的固体银杏叶缓蚀剂作为研究对象。

银杏（GinkgobilobaL.），为银杏科、银杏属落叶乔木。

中国不仅是银杏的故乡，而且也是栽培、利用和研究银杏最早、成果最丰富的国家地区之一。

古往今来，无论是银杏栽培面积，还是银杏产量，中国均居世界首位。

在中国，银杏的栽培区甚广，主要分布温带和亚热带气候气候区内，云南的银杏资源也十分丰富。

目前，除了关注银杏叶提取物的较高药用价值外，还应关注对它的应用，实现综合利用。

为此，本项目独辟蹊径，设想从银杏叶中提取制备出价廉、高效的缓蚀剂，并应用到金属材料钢的防腐蚀领域中，开辟紫银杏叶资源的新的应用领域。

目前，银杏叶提取物对金属材料的缓蚀作用研究基本未见公开报道。

近期，在指导教师的指导下，本课题组一直对固体银杏叶缓蚀剂开展前期尝试研究工作，初步建立了一条成本低廉的固体银杏叶缓蚀剂提取制备路线；并对钢在酸性介质中的缓蚀作用影响规律作了初步研究。

本项目从银杏叶中提取制备出银杏叶缓蚀剂，选择使用量大的钢为对象，采用失重法、电化学法和金属表面仪器分析测试研究银杏叶缓蚀剂在各类酸性溶液（无机酸和有机酸）介质中的缓蚀作用。

建立一条成本低廉、重现性好的固体银杏叶缓蚀剂的提取制备路线；积累银杏叶缓蚀剂对钢缓蚀作用的新数据；揭示银杏叶缓蚀剂的提取条件、采集季节、存放时间、缓蚀剂浓度、介质浓度、温度、腐蚀时间对缓蚀作用的影响规律；提出合理的缓蚀机理；为寻求钢的价廉、高效的银杏叶缓蚀剂提供理论依据；为银杏叶资源作为金属缓蚀剂的开发利用奠定基础，为银杏叶缓蚀剂新产业的兴起做出一定贡献。

3.研究方案设想：

（1）银杏叶缓蚀剂的提取制备：

（2）银杏叶缓蚀剂的结构表征：

（3）缓蚀性能及机理研究：

说明：

（1）电化学法包括线性极化电阻、开路电位-时间曲线、循环伏安法、Tafel极化曲线、动电位极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）等。

（2）金属表面分析测试包括：

原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、X-射线光电子能谱（XPS）、X-射线衍射（XRD）等。

4.计划进度安排

（1）2015.07—2016.06（第一年度）：

完善文献的收集和整理工作，并整理课题的前期实验工作，在已完成的前期工作的基础上，进一步进行实验材料的准备工作（采集各种银杏叶和制作钢工作电极），完成大部分试剂的采购。

对银杏叶采取不同的提取条件制备出银杏叶缓蚀剂，研究提取条件对银杏叶缓蚀剂产率影响，据此优化提取条件；并开展研究银杏叶缓蚀剂提取条件、采集季节、存放时间、缓蚀剂浓度、温度、介质浓度、腐蚀时间对缓蚀性能的影响。

（2）2016.07—2017.06（第二年度）：

继续深入研究各因素对银杏叶缓蚀剂在各类无机酸和有机酸介质中对钢的缓蚀性能影响规律。

通过物理化学的吸附热力学和腐蚀动力学公式对实验数据的处理，研究银杏叶缓蚀剂在金属表面的吸附规律。

查缺补漏，完善各因素对缓蚀性能的影响规律的研究；综合对比，进一步优化提取条件；总结前面各阶段研究成果，提出缓蚀机理。

整理项目研究成果，撰写结题报告，完成本项目的结题验收工作。

（二）项目自我评价

（创新点、实现的可能性、可操作性、可能存在的问题等）

1.创新点

（1）本项目是植物化学/物理化学/材料科学的交叉学科的研究，采用植物化学中的植物提取方法从银杏叶中提取制备出银杏叶缓蚀剂，并应用到金属材料防腐蚀领域中，再用物理化学中的热力学和动力学理论对缓蚀作用规律和机理进行研究。

（2）和目前国内外开展的其它植物缓蚀剂相比，银杏叶缓蚀剂的原料银杏叶具有资源丰富、来源广泛、可再生、提取物无毒、无异味的明显优势。

同时，本项目采集的银杏叶来源于银杏叶的落叶，故对银杏树的生长无影响。

故本项目研究的银杏叶缓蚀剂是价廉、无毒、无污染、使用安全、环境友好的缓蚀剂；具有良好的应用前景。

此外，本项目依托云南丰富的银杏叶资源，结合云南林业产业发展的大好机遇和环境，研究具有地区特色。

（3）和