Abstract

Valkosipulin vesipitoisen uutteen estotehokkuutta (IE) hiiliteräksen korroosion hillitsemisessä kaivovedessä Zn2+:n puuttuessa ja läsnä ollessa on arvioitu massan häviämismenetelmällä. Valmiste, joka koostuu 2 ml:sta valkosipuliuutetta ja 25 ppm Zn2+:sta, tarjoaa 70 %:n estotehokkuuden kaivoveteen upotetulle hiiliteräkselle. Polarisaatiotutkimus paljastaa, että tämä koostumus hallitsee pääasiassa anodista reaktiota. FTIR-spektrit paljastavat, että suojakalvo koostuu Fe2+-alliciinikompleksista ja Zn(OH)2:sta.

1. Johdanto

Ympäristöystävälliset inhibiittorit ovat kiinnostaneet useita tutkijoita. Luonnontuotteet ovat myrkyttömiä, biohajoavia ja helposti saatavilla. Niitä on käytetty laajalti inhibiittoreina. Luonnontuotteita, kuten kofeiinia, on käytetty inhibiittoreina. Kasviuutteiden on raportoitu estävän teräksen korroosiota happamissa väliaineissa. Kasviuutteiden asteen estävä luonne erilaisille metalleille on tiivistetty lyhyesti . Rosmariinin lehtien , Zanthoxylum alatumin ja Law-soniakin vesiuutetta on käytetty estämään metallien korroosiota. Raudan korroosion estämistä suolahappoliuoksessa luonnossa esiintyvällä hennalla on tutkittu . Hiiliteräksen korroosion estämistä alhaisessa kloridipitoisuudessa Hibiscus rosasinensis Linn -kasvin vesiuutteella on arvioitu. Luonnollisten inhibiittoreiden korroosionestotutkimus on erityisen mielenkiintoista, koska ne ovat edullisia, ympäristöystävällisiä, eivätkä ne aiheuta uhkaa ympäristölle. Tässä työssä on pyritty: (i)arvioimaan valkosipulin vesiuutteen estotehokkuutta (IE) hiiliteräksen korroosion hillitsemisessä kaivovedessä ilman Zn2+:ta ja sen läsnä ollessa, (ii)analysoimaan hiiliteräkselle muodostunutta suojakalvoa FTIR-spektrin avulla, (iii)ymmärtämään korroosion eston mekanistisia näkökohtia potentiodynaamisella polarisaatiotutkimuksella, (iv) ja ehdottamaan sopivaa mekanismia korroosion estoa varten.

2. Kokeellinen menettely

2.1. Kokeellinen menettely

. Valkosipuliuutteen valmistus

Valkosipulin vesipitoinen uute valmistettiin jauhamalla 20 g valkosipulia kahdesti tislatulla vedellä, suodattamalla epäpuhtaudet ja täyttämällä 100 ml:ksi. Uutetta käytettiin korroosionestoaineena tässä tutkimuksessa.

2.2. Korroosionestoaineet Näytteiden valmistelu

2.3. Massahäviömenetelmä

Taulukossa 1 on esitetty tässä tutkimuksessa käytetyn kaivoveden olennaiset tiedot. Hiiliteräsnäytteet upotettiin kolmena kappaleena 100 ml:aan kaivovettä, joka sisälsi eri pitoisuuksia inhibiittoria Zn2+:n läsnä ollessa ja ilman Zn2+:aa kolmen päivän ajan. Koekappaleiden paino ennen upottamista ja upottamisen jälkeen määritettiin Shimadzun vaa’alla, malli AY 62. Korroosiotuotteet puhdistettiin Clarken liuoksella. Inhibitiotehokkuus (IE) laskettiin seuraavalla yhtälöllä: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) jossa 𝑊1 on korroosionopeus ilman inhibiittoria ja 𝑊2 on korroosionopeus inhibiittorin läsnä ollessa.

2.4. Pintatutkimus

Hiiliteräsnäytteet upotettiin erilaisiin testiliuoksiin 3 päivän ajaksi, otettiin pois ja kuivattiin. Metallinäytteiden pinnalle muodostuneen kalvon luonne analysoitiin FTIR-spektroskopiatutkimuksella.

2.5. Tutkimuksen tulokset. Potentiodynaaminen polarisaatio

Polarisaatiotutkimukset suoritettiin H&CH-elektrokemiallisella työaseman impedanssianalysaattorilla mallia CHI 660A. Käytettiin kolmen elektrodin kennokokoonpanoa. Työelektrodina oli hiiliteräs. Vertailuelektrodina käytettiin kyllästettyä kalomelielektrodia (SCE) ja vastaelektrodina suorakulmaista platinafoliota.

2.6. FTIR-spektrit

FTIR-spektrit tallennettiin Perkin-Elmer 1600 -spektrofotometrillä. Kalvo poistettiin varovasti, sekoitettiin huolellisesti KBr:n kanssa, tehtiin pelleteiksi ja rekisteröitiin FTIR-spektrit.

3. Tulokset ja pohdinta

3.1. Tulokset ja pohdinta. Massahäviömenetelmän tulosten analysointi

Taulukossa 2 on esitetty kaivoveteen (jonka koostumus on esitetty taulukossa 1) upotetun hiiliteräksen korroosionopeus (CR) ilman inhibiittorijärjestelmiä ja niiden läsnä ollessa. Taulukossa esitetään myös inhibitiotehokkuudet. Taulukosta 2 nähdään, että valkosipulin vesiuute on hyvä inhibiittori hiiliteräkselle kaivovedessä. 2 ml valkosipulia osoittaa 50 % IE:tä. Kun valkosipuliuutteen pitoisuus kasvaa, myös IE kasvaa. Toisin sanoen suuremmilla pitoisuuksilla valkosipuli nopeuttaa korroosionestoa.

3.1.1. Zn2+:n vaikutus valkosipuliuutteen estotehokkuuteen

Taulukossa 2 on esitetty Zn2+:n vaikutus valkosipuliuutteen IE:hen. Zn2+ (25 ppm) läsnä ollessa valkosipuliuute osoittaa erinomaista inhiboivaa ominaisuutta. Esimerkiksi 2 ml valkosipuliuutetta kiihdyttää hiiliteräksen korroosiota (IE=50 %); 25 ppm Zn2+:lla on 20 % IE, mutta niiden yhdistelmällä on 70 %.

3.2. Polarisaatiokäyrien analysointi

Kuvissa 1(a) ja 1(b) on esitetty kaivoveteen upotetun hiiliteräksen potentiodynaamiset polarisaatiokäyrät ilman inhibiittoreita ja niiden läsnä ollessa. Korroosioparametrit on esitetty taulukossa 3. Kun hiiliteräs upotetaan kaivoveteen, korroosiopotentiaali on -704 mV SCE:hen (kyllästetty kalomelielektrodi) nähden. Korroosiovirta on 2,600 × 10-6 A/cm2. Kun edellä mainittuun järjestelmään lisätään 2 ml valkosipuliuutetta ja 25 ppm Zn2+:a, korroosiopotentiaali siirtyy anodiselle puolelle (-690 mV vs. SCE). Tämä viittaa siihen, että tämä formulaatio ohjaa pääasiassa anodista reaktiota. Inhibiittorijärjestelmän läsnä ollessa korroosiovirta laskee 2,600 × 10-6 A/cm2:sta 2,353 × 10-6 A/cm2:een. Tämä viittaa tämän inhibiittorijärjestelmän inhiboivaan luonteeseen. FTIR-spektrien analysointi

Valkosipulin vesipitoisen uutteen vaikuttava aine on allicin. Se koostuu S=O- ja S-ryhmistä.

Muutama tippa valkosipulin vesiuutetta kuivattiin lasilevylle. Saatiin kiinteää massaa. Sen FTIR-spektri on esitetty kuvassa 2(a). Vinyyliryhmä näkyi 1026,28 cm-1:ssä. S=O esiintyi 1026 cm-1:ssä ja S 1237,58 cm-1:ssä. FTIR-spektri vahvistaa siis alliciinin rakenteen (kaavio 1). Valkosipuliuutteen ja Zn2+:n sekoittamisella valmistetun kompleksin FTIR-spektri on esitetty kuvassa 2(b). Konjugoituneista kaksoissidoksista johtuva kaista siirtyy 3757,23 cm-1:stä 3819,62 cm-1:een. Kaista kohdassa 608,46 vastaa Zn-O-venytystä. OH-venymä näkyy taajuudella 3407,06 cm-1. Tämä vahvistaa Zn(OH)2:n muodostumisen metallipinnan katodipaikoilla. Koska Fe2+:n ja allicinin välillä on täydellinen koordinaatio, kompleksin muodostumisesta johtuva kaista häviää valkosipuliuutteella hiiliteräksen pinnalle muodostetun kalvon FTIR-spektristä (kuva 2 b) .

Kaavio 1

>
Allicinin rakenne.

(a)

(b)

3.4. Korroosionestomekanismi

Korroosionestotutkimus paljastaa, että formulaatio, joka koostuu 2 mL valkosipuliuutetta + 25 ppm Zn2+, tarjoaa 70 % IE hiiliteräkselle, joka on upotettu kaivoveteen. Polarisaatiotutkimus paljastaa, että tämä koostumus hallitsee pääasiassa anodista reaktiota. FTIR-spektrit paljastavat, että suojakalvo koostuu Fe2+-alisiinikompleksista ja Zn(OH)2:sta. Edellä esitettyjen seikkojen selittämiseksi kokonaisvaltaisesti ehdotetaan seuraavaa korroosionestomekanismia: (i) Kun valmistetaan kaivoveden, valkosipuliuutteen ja Zn2+:n muodostama koostumus, liuokseen muodostuu Zn2+-alisiinikompleksi. (ii) Kun hiiliteräs upotetaan liuokseen, Zn2+-alisiinikompleksi diffundoituu liuoksen pääaineesta kohti metallin pintaa. (iii) Metallin pinnalla Zn2+-alisiinikompleksi muuttuu Fe2+-alisiinikompleksiksi. Zn2+ vapautuu.(iv)Zn2+-alisiini + Fe2+ → Fe2+-alisiini + Zn2+.(v)Vapautunut Zn2+ yhdistyy OH-:n kanssa muodostaen Zn(OH)2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Näin ollen suojakalvo koostuu Fe2+-alisiinikompleksista ja Zn(OH)2:sta.(vi)Zn(OH)2:sta.(vi)Zn(OH)2:sta.(vi)Zn(OH)2:sta.(vi)Zn(OH)2:sta. Johtopäätökset

Tämä tutkimus johtaa seuraaviin johtopäätöksiin:(i)2 ml:sta valkosipuliuutetta ja 25 ppm:stä Zn2+ koostuva formulaatio tarjoaa 70 %:n estotehokkuuden kaivoveteen upotetulle hiiliteräkselle;(ii)polarisaatiotutkimus paljastaa, että tämä formulaatio kontrolloi pääasiassa anodista reaktiota;(iii)FTIR-spektri paljastaa, että suojakalvo koostuu Fe2+-alliciinikompleksista ja Zn(OH)2:sta.

Kiitokset

Kirjoittajat ovat kiitollisia johdolleen ja University Grants Commissionille, Intia, avusta ja kannustuksesta.