Abstract

Se ha evaluado la eficiencia de inhibición (IE) de un extracto acuoso de ajo en el control de la corrosión del acero al carbono en agua de pozo en ausencia y presencia de Zn2+ mediante el método de pérdida de masa. La formulación consistente en 2 mL de extracto de ajo y 25 ppm de Zn2+ ofrece una eficiencia de inhibición del 70% al acero al carbono sumergido en agua de pozo. El estudio de polarización revela que esta formulación controla predominantemente la reacción anódica. Los espectros FTIR revelan que la película protectora está formada por el complejo Fe2+-allicina y Zn(OH)2.

1. Introducción

Los inhibidores respetuosos con el medio ambiente han atraído a varios investigadores. Los productos naturales no son tóxicos, son biodegradables y están fácilmente disponibles. Se han utilizado ampliamente como inhibidores. Productos naturales como la cafeína se han utilizado como inhibidores. Se ha informado de la inhibición de la corrosión del acero por extractos de plantas en medios ácidos. La naturaleza inhibidora de las incrustaciones de los extractos de plantas para varios tipos de metales se resume brevemente. El extracto acuoso de hojas de romero, Zanthoxylum alatum y Law-sonia se han utilizado para inhibir la corrosión de los metales. Se ha investigado la inhibición de la corrosión del hierro en soluciones de ácido clorhídrico mediante la henna natural. Se ha evaluado la inhibición de la corrosión del acero al carbono en medios con bajo contenido de cloruro mediante un extracto acuoso de Hibiscus rosasinensis Linn . La investigación de la inhibición de la corrosión de los inhibidores naturales es particularmente interesante porque no son baratos, son ecológicos y no suponen una amenaza para el medio ambiente. El presente trabajo tiene por objeto: (i) evaluar la eficiencia de inhibición (IE) de un extracto acuoso de ajo para controlar la corrosión del acero al carbono en agua de pozo en ausencia y presencia de Zn2+ (ii) analizar la película protectora formada sobre el acero al carbono mediante espectros FTIR, (iii) comprender los aspectos mecanísticos de la inhibición de la corrosión mediante un estudio de polarización potenciodinámica, (iv) y proponer un mecanismo adecuado para la inhibición de la corrosión.

2. Procedimiento experimental

2.1. Preparación del extracto de ajo

Se preparó un extracto acuoso de ajo moliendo 20 g de ajo con agua bidestilada, filtrando las impurezas, y completando hasta 100 mL. El extracto se utilizó como inhibidor de la corrosión en el presente estudio.

2.2. Preparación de las muestras

2.3. Método de pérdida de masa

Los datos relevantes sobre el agua de pozo utilizada en este estudio se indican en la Tabla 1. Se sumergieron probetas de acero al carbono por triplicado en 100 mL de agua de pozo que contenía varias concentraciones del inhibidor en presencia y ausencia de Zn2+ durante 3 días. El peso de las probetas antes y después de la inmersión se determinó utilizando la balanza Shimadzu, modelo AY 62. Los productos de corrosión se limpiaron con la solución de Clarke. A continuación se calculó la eficiencia de inhibición (IE) mediante la siguiente ecuación: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) donde 𝑊1 es la velocidad de corrosión en ausencia del inhibidor, y 𝑊2 es la velocidad de corrosión en presencia del inhibidor.

2.4. Examen de la superficie

Las probetas de acero al carbono se sumergieron en varias soluciones de ensayo durante un período de 3 días, se sacaron y se secaron. La naturaleza de la película formada en la superficie de las muestras de metal se analizó mediante un estudio espectroscópico FTIR.

2.5. Los estudios de polarización potenciodinámica

se llevaron a cabo en un analizador de impedancia de estación de trabajo electroquímica H&CH modelo CHI 660A. Se utilizó un conjunto de celdas de tres electrodos. El electrodo de trabajo era de acero al carbono. Se utilizó un electrodo de calomelano saturado (SCE) como electrodo de referencia y una lámina de platino rectangular como contraelectrodo.

2.6. Los espectros FTIR se registraron en un espectrofotómetro Perkin-Elmer 1600. La película se retiró cuidadosamente, se mezcló a fondo con KBr, se convirtió en gránulos y se registraron los espectros FTIR.

3. Resultados y discusión

3.1. Análisis de los resultados del método de pérdida de masa

La velocidad de corrosión (RC) del acero al carbono sumergido en agua de pozo (cuya composición se indica en la Tabla 1) en ausencia y presencia de sistemas inhibidores se indica en la Tabla 2. Las eficiencias de inhibición también se dan en la Tabla. Se observa en la Tabla 2 que el extracto acuoso de ajo es un buen inhibidor del acero al carbono en agua de pozo. 2 mL de ajo muestran una IE del 50%. A medida que aumenta la concentración del extracto de ajo, el IE también aumenta. Es decir, a mayores concentraciones, el ajo acelera la inhibición de la corrosión .

3.1.1. Influencia del Zn2+ en la eficacia de inhibición del extracto de ajo

La influencia del Zn2+ en el IE del extracto de ajo se recoge en la Tabla 2. En presencia de Zn2+ (25 ppm), el extracto de ajo muestra una excelente propiedad inhibidora. Por ejemplo, 2 mL de extracto de ajo aceleran la corrosión del acero al carbono (IE=50%); 25 ppm de Zn2+ tienen un 20% de IE, pero su combinación tiene un 70%.

3.2. Análisis de las curvas de polarización

Las curvas de polarización potenciodinámica del acero al carbono sumergido en agua de pozo en ausencia y presencia de inhibidores se muestran en las figuras 1(a) y 1(b). Los parámetros de corrosión se indican en la Tabla 3. Cuando el acero al carbono se sumerge en agua de pozo, el potencial de corrosión es de -704 mV frente al SCE (electrodo de calomelano saturado). La corriente de corrosión es de 2,600×10-6 A/cm2. Cuando se añaden 2 mL de extracto de ajo y 25 ppm de Zn2+ al sistema anterior, el potencial de corrosión se desplaza hacia el lado anódico (-690 mV frente al SCE). Esto sugiere que esta formulación controla la reacción anódica predominantemente. En presencia del sistema inhibidor, la corriente de corrosión disminuye de 2,600×10-6 A/cm2 a 2,353×10-6 A/cm2. Esto sugiere la naturaleza inhibidora de este sistema inhibidor .

Figura 1

Curvas de polarización del acero al carbono sumergido en (a) agua de pozo y (b) agua de pozo +2 mL de extracto de ajo +25 ppm de Zn2+.

3.3. Análisis de los espectros FTIR

El principio activo en un extracto acuoso de ajo es la alicina. Está formado por el grupo S=O y S.

Se secaron unas gotas de un extracto acuoso de ajo en una placa de vidrio. Se obtuvo una masa sólida. Su espectro FTIR se muestra en la figura 2(a). El grupo vinilo apareció a 1026,28 cm-1. El S=O apareció a 1026 cm-1 y el S a 1237,58 cm-1. Por lo tanto, la estructura de la alicina queda confirmada por los espectros FTIR (esquema 1). El espectro FTIR del complejo preparado mediante la mezcla de extracto de ajo y Zn2+ se muestra en la Figura 2(b). La banda debida a los dobles enlaces conjugados se desplaza de 3757,23 cm-1 a 3819,62 cm-1. La banda a 608,46 corresponde al estiramiento del Zn-O. La frecuencia de estiramiento del OH aparece en 3407,06 cm-1. Esto confirma la formación de Zn(OH)2 en los sitios catódicos de la superficie del metal. Dado que existe una coordinación completa entre el Fe2+ y la alicina, la banda debida a la formación del complejo desaparece en el espectro FTIR de la película formada en la superficie del acero al carbono por el extracto de ajo (Figura 2(b)).

(a)

(b)

(a)
(b)

Figura 2

(a) Espectros FTIR de la masa sólida obtenida por evaporación del extracto de ajo. (b) Espectros FTIR de la película formada en la superficie de la muestra de acero al carbono después de la inmersión en agua de pozo que contiene 2 mL de extracto de ajo y 25 ppm de Zn2+.

3.4. Mecanismo de inhibición de la corrosión

El estudio de pérdida de masa revela que la formulación compuesta por 2 mL de extracto de ajo +25 ppm de Zn2+ ofrece un 70% de IE al acero al carbono sumergido en agua de pozo. El estudio de polarización revela que esta formulación controla predominantemente la reacción anódica. Los espectros FTIR revelan que la película protectora está formada por el complejo Fe2+-allicina y Zn(OH)2. Para explicar los hechos anteriores de forma global, se propone el siguiente mecanismo de inhibición de la corrosión.(i) Cuando se prepara la formulación consistente en agua de pozo, extracto de ajo y Zn2+, se produce la formación del complejo Zn2+-allicina en la solución.(ii) Cuando el acero al carbono se sumerge en la solución, el complejo Zn2+-allicina se difunde desde el grueso de la solución hacia la superficie del metal.(iii) En la superficie del metal, el complejo Zn2+-allicina se convierte en complejo Fe2+-allicina. El Zn2+ se libera.(iv)Zn2+-allicina + Fe2+ → Fe2+-allicina + Zn2+.(v)El Zn2+ liberado se combina con OH- para formar Zn(OH) 2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Así, la película protectora está formada por el complejo Fe2+-allicina y Zn(OH)2.

4. Conclusiones

El presente estudio lleva a las siguientes conclusiones:(i)la formulación consistente en 2 mL de extracto de ajo y 25 ppm de Zn2+ ofrece una eficacia de inhibición del 70% al acero al carbono sumergido en agua de pozo;(ii)el estudio de polarización revela que esta formulación controla predominantemente la reacción anódica;(iii)los espectros FTIR revelan que la película protectora está formada por el complejo Fe2+-allicina y Zn(OH)2.

Agradecimientos

Los autores agradecen a sus directivos y a la Comisión de Subvenciones Universitarias, India, por la ayuda y el estímulo.