Abstrakt

Inhibiční účinnost (IE) vodného extraktu česneku při kontrole koroze uhlíkové oceli ve studniční vodě v nepřítomnosti a přítomnosti Zn2+ byla hodnocena metodou hmotnostních ztrát. Přípravek sestávající z 2 ml česnekového extraktu a 25 ppm Zn2+ nabízí 70% účinnost inhibice uhlíkové oceli ponořené do studniční vody. Polarizační studie ukazuje, že tento přípravek kontroluje převážně anodickou reakci. FTIR spektra ukazují, že ochranný film se skládá z komplexu Fe2+-allicin a Zn(OH)2.

1. Úvod

Inhibitory šetrné k životnímu prostředí přitahují pozornost řady výzkumníků. Přírodní produkty jsou netoxické, biologicky odbouratelné a snadno dostupné. Byly široce používány jako inhibitory. Jako inhibitory byly použity přírodní produkty, například kofein. Byla zaznamenána inhibice koroze oceli rostlinnými extrakty v kyselém prostředí . Inhibiční povaha rostlinných extraktů pro různé druhy kovů je stručně shrnuta . K inhibici koroze kovů byl použit vodný extrakt z listů rozmarýnu , Zanthoxylum alatum a Law-sonia . Byla zkoumána inhibice koroze železa v roztocích kyseliny chlorovodíkové pomocí přírodně se vyskytující heny . Byla hodnocena inhibice koroze uhlíkové oceli v prostředí s nízkým obsahem chloridů vodným extraktem z Hibiscus rosasinensis Linn . Zkoumání inhibice koroze přírodními inhibitory je zvláště zajímavé, protože jsou nenákladné, ekologicky šetrné a neohrožují životní prostředí. Cílem této práce je: (i) vyhodnotit inhibiční účinnost (IE) vodného extraktu česneku při kontrole koroze uhlíkové oceli ve studniční vodě v nepřítomnosti a přítomnosti Zn2+ (ii) analyzovat ochranný film vytvořený na uhlíkové oceli pomocí FTIR spekter, (iii) pochopit mechanistické aspekty inhibice koroze pomocí potenciodynamické polarizační studie, (iv) a navrhnout vhodný mechanismus inhibice koroze.

2. Experimentální postup

2.1. Analýza a vyhodnocení korozního poškození. Příprava česnekového extraktu

Vodný extrakt česneku byl připraven rozmělněním 20 g česneku s dvakrát destilovanou vodou, odfiltrováním nečistot a doplněním na 100 ml. Extrakt byl použit jako inhibitor koroze v této studii.

2.2. Příprava vzorků

2.3. Metoda hmotnostních ztrát

Relevantní údaje o studniční vodě použité v této studii jsou uvedeny v tabulce 1. Vzorky z uhlíkové oceli ve třech opakováních byly ponořeny do 100 ml studniční vody obsahující různé koncentrace inhibitoru v přítomnosti a nepřítomnosti Zn2+ po dobu 3 dnů. Hmotnost vzorků před a po ponoření byla stanovena pomocí vah Shimadzu, model AY 62. Produkty koroze byly očištěny Clarkovým roztokem . Poté byla vypočtena inhibiční účinnost (IE) pomocí následující rovnice: 𝑊IE=1001-2𝑊1 %,(1) kde 𝑊1 je korozní rychlost v nepřítomnosti inhibitoru a 𝑊2 je korozní rychlost v přítomnosti inhibitoru.

2.4. Povrchová zkouška

Vzorky z uhlíkové oceli byly ponořeny do různých zkušebních roztoků na dobu 3 dnů, vyjmuty a vysušeny. Povaha filmu vytvořeného na povrchu kovových vzorků byla analyzována pomocí FTIR spektroskopické studie.

2.5. Analýza povrchu kovových vzorků. Potenciodynamická polarizace

Polarizační studie byly provedeny na elektrochemickém pracovišti H&CH s impedančním analyzátorem model CHI 660A. Byla použita sestava tříelektrodových článků. Pracovní elektrodou byla uhlíková ocel. Jako referenční elektroda byla použita nasycená kalomelová elektroda (SCE) a jako protielektroda byla použita obdélníková platinová fólie.

2.6. Elektrodová elektronika FTIR spektra

FTIR spektra byla zaznamenána na spektrofotometru Perkin-Elmer 1600. Film byl opatrně odstraněn, důkladně promíchán s KBr, zhotoven do pelet a byla zaznamenána FTIR spektra.

3. Výsledky a diskuse

3.1. Výsledky. Analýza výsledků metody hmotnostních ztrát

Korozní rychlost (CR) uhlíkové oceli ponořené do studniční vody (jejíž složení je uvedeno v tab. 1) v nepřítomnosti a přítomnosti inhibičních systémů je uvedena v tab. 2. V tabulce jsou rovněž uvedeny inhibiční účinnosti. Z tabulky 2 je patrné, že vodný extrakt česneku je dobrým inhibitorem uhlíkové oceli ve studniční vodě. 2 ml česneku vykazují 50% IE. Se zvyšující se koncentrací česnekového extraktu se zvyšuje i IE. To znamená, že při vyšších koncentracích česnek urychluje inhibici koroze .

3.1.1. Vliv Zn2+ na inhibiční účinnost česnekového extraktu

Vliv Zn2+ na IE česnekového extraktu je uveden v tab. 2. V přítomnosti Zn2+ (25 ppm) vykazuje česnekový extrakt vynikající inhibiční vlastnosti. Například 2 ml česnekového extraktu urychlují korozi uhlíkové oceli (IE=50 %); 25 ppm Zn2+ má 20 % IE, ale jejich kombinace má 70 %.

3.2. Analýza polarizačních křivek

Potenciodynamické polarizační křivky uhlíkové oceli ponořené do studniční vody v nepřítomnosti a přítomnosti inhibitorů jsou uvedeny na obrázcích 1(a) a 1(b). Korozní parametry jsou uvedeny v tabulce 3. Při ponoření uhlíkové oceli do studniční vody je korozní potenciál -704 mV vůči SCE (nasycené kalomelové elektrodě). Korozní proud je 2,600×10-6 A/cm2. Po přidání 2 ml česnekového extraktu a 25 ppm Zn2+ do výše uvedeného systému se korozní potenciál posunul na anodickou stranu (-690 mV oproti SCE). To naznačuje, že tento přípravek řídí převážně anodickou reakci. V přítomnosti inhibičního systému se korozní proud sníží z 2,600×10-6 A/cm2 na 2,353×10-6 A/cm2. To naznačuje inhibiční charakter tohoto inhibičního systému .

Obrázek 1

Polarizační křivky uhlíkové oceli ponořené do (a) studniční vody a (b) studniční vody +2 ml česnekového extraktu +25 ppm Zn2+.

3.3. Korozní křivky uhlíkové oceli ponořené do (a) studniční vody a (b) studniční vody +2 ml česnekového extraktu +25 ppm Zn2+. Analýza FTIR spekter

Účinnou látkou ve vodném extraktu česneku je alicin. Skládá se ze skupiny S=O a S.

Několik kapek vodného extraktu česneku bylo vysušeno na skleněné desce. Byla získána pevná hmota. Její FTIR spektrum je znázorněno na obrázku 2a). Vinylová skupina se objevila při 1026,28 cm-1. S=O se objevilo při 1026 cm-1 a S při 1237,58 cm-1. Struktura allicinu je tedy potvrzena FTIR spektry (Schéma 1) . FTIR spektrum komplexu připraveného smícháním česnekového extraktu a Zn2+ je uvedeno na obrázku 2b). Pás způsobený konjugovanými dvojnými vazbami se posouvá z 3757,23 cm-1 na 3819,62 cm-1. Pás při 608,46 odpovídá Zn-O protažení. Frekvence OH protažení se objevuje při 3407,06 cm-1. To potvrzuje tvorbu Zn(OH)2 na katodických místech povrchu kovu. Protože dochází k úplné koordinaci mezi Fe2+ a alicinem, pás způsobený vznikem komplexu ve FTIR spektru filmu vytvořeného na povrchu uhlíkové oceli česnekovým extraktem zaniká (Obrázek 2b) .

(a)

(b)

(a)
(b)

Obrázek 2

(a) FTIR spektra pevné hmoty získané odpařením česnekového extraktu. (b) FTIR spektra filmu vytvořeného na povrchu vzorku z uhlíkové oceli po ponoření do studniční vody obsahující 2 ml česnekového extraktu a 25 ppm Zn2+

3.4. Mechanismus inhibice koroze

Studie úbytku hmotnosti ukazuje, že přípravek sestávající z 2 ml česnekového extraktu + 25 ppm Zn2+ nabízí 70 % IE uhlíkové oceli ponořené do studniční vody. Polarizační studie ukazuje, že tento přípravek kontroluje převážně anodickou reakci. FTIR spektra ukazují, že ochranný film se skládá z komplexu Fe2+-allicin a Zn(OH)2. Pro ucelené vysvětlení výše uvedených skutečností byl navržen následující mechanismus inhibice koroze: (i) Při přípravě preparátu sestávajícího ze studniční vody, česnekového extraktu a Zn2+ dochází v roztoku k tvorbě komplexu Zn2+-allicin. (ii) Při ponoření uhlíkové oceli do roztoku dochází k difúzi komplexu Zn2+-allicin z větší části roztoku směrem k povrchu kovu. (iii) Na povrchu kovu se komplex Zn2+-allicin přeměňuje na komplex Fe2+-allicin. Uvolňuje se Zn2+.(iv)Zn2+-allicin + Fe2+ → Fe2+-allicin + Zn2+.(v)Uvolněný Zn2+ se spojuje s OH- za vzniku Zn(OH) 2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Ochranný film se tedy skládá z Fe2+-allicinového komplexu a Zn(OH)2.

4. Závěry

Předkládaná studie vede k následujícím závěrům: (i)přípravek sestávající z 2 ml česnekového extraktu a 25 ppm Zn2+ nabízí 70% účinnost inhibice uhlíkové oceli ponořené do studniční vody; (ii)polarizační studie ukazuje, že tento přípravek řídí převážně anodickou reakci; (iii)FTIR spektra ukazují, že ochranný film se skládá z Fe2+-allicinového komplexu a Zn(OH)2 .

Poděkování

Autoři děkují svému vedení a University Grants Commission, India, za pomoc a podporu.

.