该文档属于类型a，是一篇关于利用生物防腐剂延长天然阻垢剂保质期的原创性研究论文。以下是针对该研究的学术报告：

一、研究团队与发表信息

本研究由来自埃及多所研究机构的团队合作完成，通讯作者为D. E. Abd-El-Khalek（隶属National Institute of Oceanography and Fisheries, Cairo）。其他作者包括E. Khamis（Alexandria University）、Manal Fawzy（Alexandria University/Green Technology Group）、Habiba M. Essam（National Institute of Oceanography and Fisheries）、A. M. Abdel-Gaber（Alexandria University）和J. M. Anwar（Holding Company of Water & Wastewater）。研究成果发表于Scientific Reports（2025年，卷15，文章编号8115），开放获取。

二、学术背景与研究目标

科学领域：本研究属于环境友好型水处理技术领域，聚焦于解决工业冷却水系统中无机盐结垢（scaling）问题。
研究背景：传统磷系阻垢剂（phosphorus-based scale inhibitors）虽高效，但存在生物降解慢、导致水体富营养化（eutrophication）及毒性等问题。植物提取物（如迷迭香）作为天然阻垢剂（natural scale inhibitors）具有环保优势，但其易生物降解的特性限制了长期储存与应用。
研究目标：
1. 评估迷迭香水提取物（aqueous extract of *Salvia rosmarinus*）对碳酸钙（CaCO₃）结垢的抑制效果；
2. 探究两种生物防腐剂（bio-preservatives）——鼠李糖脂（rhamnolipid，一种生物表面活性剂）和壳聚糖（chitosan，一种多糖）——在延长迷迭香提取物保质期及抑制微生物腐败中的作用。

三、研究流程与方法

1. 迷迭香提取物的制备与表征

• 提取方法：5克迷迭香粉末在100 mL蒸馏水中回流1小时，过滤后获得提取物（pH=5.91），储存于4°C。
  
• 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析：确认提取物中的功能基团（如羧酸基-COOH、羟基-OH），这些基团通过螯合Ca²⁺干扰晶体生长，发挥阻垢作用。
  

2. 阻垢性能评估

• 电化学测试：
  
  • 计时电流法（Chronoamperometry）：在模拟冷却水中，钢电极在-0.95 V（vs. SCE）下极化3小时，监测CaCO₃沉积电流密度。结果显示，迷迭香提取物浓度越高，CaCO₃晶体沉积越少。
    
  • 电化学阻抗谱（EIS）：通过电荷转移电阻（Rct）计算阻垢效率。100 ppm迷迭香提取物的阻垢效率达62%。
    
• 电导率测试：通过滴定Na₂CO₃溶液监测CaCO₃沉淀的过饱和点（supersaturation point）。200 ppm提取物使过饱和点延迟，阻垢效率达78.3%。
  

3. CaCO₃晶体形貌与结构分析

• 扫描电镜（SEM）：未添加提取物时，CaCO₃晶体呈规则立方体；添加后晶体形态扭曲，表明提取物吸附于晶体表面抑制生长。
  
• X射线衍射（XRD）：迷迭香提取物降低了CaCO₃的结晶度，证实其干扰晶体结构。
  

4. 生物防腐剂效果评估

• 阻垢与抗菌性能：
  
  • 壳聚糖单独使用时阻垢效率达80%，优于鼠李糖脂（47%）。
    
  • 保质期实验：迷迭香提取物与壳聚糖按2:1比例（200 ppm:100 ppm）混合后，6个月内阻垢效率保持80%，且显著抑制细菌（如*Staphylococcus epidermidis*）和霉菌（如*Aspergillus fumigatus*）生长。
    

5. 微生物学检测

• 总菌落计数（TBC）：壳聚糖组在6个月后菌落数（67.33×10² CFU/mL）显著低于单独迷迭香组（84.22×10² CFU/mL）。
  
• 选择性培养基鉴定：鼠李糖脂组在第3个月出现黑曲霉（*Aspergillus niger*），而壳聚糖组全程无病原体生长。
  

四、主要研究结果

1. 迷迭香提取物的阻垢机制：通过FT-IR确认的羧酸基和羟基能螯合Ca²⁺，破坏CaCO₃晶体生长，SEM和XRD进一步验证其扭曲晶体结构的效果。
   
2. 生物防腐剂的协同作用：壳聚糖凭借其抗菌和抗氧化特性，不仅自身阻垢效率高，还能延长迷迭香提取物的活性。
   
3. 长期稳定性：2:1的迷迭香-壳聚糖混合物在6个月内阻垢效率仅下降2%，且微生物污染最低。
   

五、研究结论与价值

科学价值：
- 首次系统评估了迷迭香提取物与生物防腐剂的协同效应，为天然阻垢剂的工业化应用提供了保质期解决方案。
- 揭示了壳聚糖通过抑制微生物腐败维持阻垢性能的机制，拓展了多糖在环保水处理中的应用。

应用价值：
- 迷迭香-壳聚糖混合物可作为磷系阻垢剂的绿色替代品，适用于冷却水系统，兼具经济性和环境安全性。
- 研究结果为其他植物提取物的防腐保存提供了技术参考。

六、研究亮点

1. 方法创新：结合电化学测试、形貌分析和微生物学检测，多维度验证天然阻垢剂的性能与稳定性。
   
2. 环保性：全流程采用生物可降解材料，符合绿色化学原则。
   
3. 实用性：提出的2:1配比方案可直接应用于工业场景，成本可控。
   

七、其他有价值内容

• 通过统计学分析（ANOVA和t检验）证实壳聚糖的增效作用显著（p<0.05），而鼠李糖脂效果不显著（p>0.05）。
  
• 研究数据已公开，包括FT-IR光谱、EIS等效电路图和微生物学检测结果，可供后续研究复现。
  

此报告全面涵盖了研究的背景、方法、结果与意义，为同行理解该研究的创新性和应用潜力提供了详细参考。