Abstract

A fokhagyma vizes kivonatának gátlási hatékonyságát (IE) a szénacél korróziójának szabályozásában kútvízben Zn2+ hiányában és jelenlétében tömegveszteséges módszerrel értékelték. A 2 ml fokhagymakivonatból és 25 ppm Zn2+-ból álló készítmény 70%-os gátlási hatékonyságot biztosít a kútvízbe merített szénacélnak. A polarizációs vizsgálat azt mutatja, hogy ez a készítmény túlnyomórészt az anódos reakciót szabályozza. Az FTIR spektrumok azt mutatják, hogy a védőfilm Fe2+-allicin komplexből és Zn(OH)2-ből áll.

1. Bevezetés

A környezetbarát inhibitorok számos kutatót vonzottak. A természetes termékek nem toxikusak, biológiailag lebomlóak és könnyen hozzáférhetőek. Széles körben alkalmazták őket inhibitorokként. Olyan természetes termékeket, mint a koffein, alkalmaztak inhibitorokként. Az acél korróziógátlásáról növényi kivonatokkal savas közegben számoltak be . A növényi kivonatok pikkelygátló jellegét különböző fémek esetében röviden összefoglaljuk . Rozmaringlevél , Zanthoxylum alatum , és Law-sonia vizes kivonatát használták fémek korróziójának gátlására. Vizsgálták a vas korróziógátlását sósavas oldatokban a természetben előforduló hennával . A szénacél korróziógátlását alacsony kloridtartalmú közegben a Hibiscus rosasinensis Linn vizes kivonatával értékelték . A természetes inhibitorok korróziógátlásának vizsgálata különösen érdekes, mert nem drágák, környezetbarátok és nem jelentenek veszélyt a környezetre. A jelen munka célja:(i)a fokhagyma vizes kivonatának gátlási hatékonyságának (IE) értékelése a szénacél korróziójának megfékezésében kútvízben Zn2+ hiányában és jelenlétében,(ii)a szénacélon kialakult védőfilm elemzése FTIR spektrumok segítségével,(iii)a korróziógátlás mechanikai aspektusainak megértése potenciodinamikus polarizációs vizsgálat segítségével, (iv) és javaslat a korróziógátlás megfelelő mechanizmusára.

2. Kísérleti eljárás

2.1. Kísérleti eljárás

2.1. Kísérleti eljárás. Fokhagymakivonat előállítása

A fokhagyma vizes kivonatát 20 g fokhagyma kétszer desztillált vízzel történő őrlésével, a szennyeződések leszűrésével és 100 ml-re való feltöltésével állítottuk elő. A kivonatot korróziógátlóként használtuk fel a jelen vizsgálatban.

2.2. A fokhagymakivonat felhasználása A minták előkészítése

2.3. Tömegvesztéses módszer

A jelen vizsgálatban használt kútvízzel kapcsolatos releváns adatokat az 1. táblázat tartalmazza. A szénacél próbatesteket három példányban 100 ml kútvízbe merítettük, amely az inhibitor különböző koncentrációit tartalmazta Zn2+ jelenlétében és hiányában 3 napig. A próbatestek tömegét a merítés előtt és után Shimadzu mérleggel, AY 62 modellel határoztuk meg. A korróziós termékeket Clarke-oldattal tisztítottuk. A gátlási hatékonyságot (IE) ezután a következő egyenlet segítségével számoltuk ki: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) ahol 𝑊1 a korróziós sebesség az inhibitor hiányában, 𝑊2 pedig a korróziós sebesség az inhibitor jelenlétében.

2.4. Felületvizsgálat

A szénacél próbatesteket 3 napig különböző vizsgálati oldatokba merítettük, majd kivettük és megszárítottuk. A fém próbatestek felületén képződött film jellegét FTIR spektroszkópiai vizsgálattal elemeztük.

2.5. Potentiodinamikai polarizáció

A polarizációs vizsgálatokat egy CHI 660A típusú H&CH elektrokémiai munkaállomás impedanciaanalizátorban végeztük. Három elektródos cellaszerkezetet használtunk. A munkaelektród szénacél volt. Referenciaelektródként egy telített kalomelelektródot (SCE), ellenelektródként pedig egy négyszögletes platinafóliát használtunk.

2.6. Az elektrolíziselektróda és az elektrolíziselektróda. FTIR spektrumok

A FTIR spektrumokat Perkin-Elmer 1600 spektrofotométerrel vettük fel. A filmet óvatosan eltávolítottuk, alaposan összekevertük KBr-rel, pelletekké alakítottuk, és felvettük az FTIR-spektrumokat.

3. Eredmények és megbeszélés

3.1. Az FTIR-spektrumok. A tömegveszteséges módszer eredményeinek elemzése

A kútvízbe (amelynek összetételét az 1. táblázat tartalmazza) merített szénacél korróziós sebességét (CR) inhibitorrendszerek hiányában és jelenlétében a 2. táblázat tartalmazza. A gátlási hatásfokok szintén a táblázatban vannak megadva. A 2. táblázatból látható, hogy a fokhagyma vizes kivonata jó inhibitor a szénacél kútvízben. 2 ml fokhagyma 50%-os gátlási tényezőt mutat. A fokhagymakivonat koncentrációjának növekedésével az IE is növekszik. Vagyis nagyobb koncentrációban a fokhagyma felgyorsítja a korróziógátlást .

3.1.1. A Zn2+ hatása a fokhagymakivonat gátlási hatékonyságára

A Zn2+ hatása a fokhagymakivonat IE-jára a 2. táblázatban látható. Zn2+ (25 ppm) jelenlétében a fokhagymakivonat kiváló gátló tulajdonságot mutat. Például 2 ml fokhagymakivonat felgyorsítja a szénacél korrózióját (IE=50%); 25 ppm Zn2+ 20%-os IE-vel rendelkezik, de kombinációjuk 70%-os.

3.2. Polarizációs görbék elemzése

A kútvízbe merített szénacél potenciodinamikai polarizációs görbéit inhibitorok hiányában és jelenlétében az 1(a) és 1(b) ábra mutatja. A korróziós paramétereket a 3. táblázat tartalmazza. Kútvízbe merített szénacél esetén a korróziós potenciál -704 mV az SCE (telített kalomelelektród) ellenében. A korróziós áram 2,600×10-6 A/cm2 . Amikor a fenti rendszerhez 2 ml fokhagymakivonatot és 25 ppm Zn2+-t adunk, a korróziós potenciál az anódos oldalra tolódott (-690 mV az SCE-hez képest). Ez arra utal, hogy ez a készítmény túlnyomórészt az anódos reakciót szabályozza. Az inhibitorrendszer jelenlétében a korróziós áram 2,600×10-6 A/cm2-ről 2,353×10-6 A/cm2-re csökken. Ez az inhibitorrendszer gátló jellegére utal.

1. ábra

(a) kútvízbe és (b) kútvízbe +2 ml fokhagymakivonat +25 ppm Zn2+ -ba merített szénacél polarizációs görbéi.

3.3. táblázat. Az FTIR spektrumok elemzése

A fokhagyma vizes kivonatának hatóanyaga az allicin. S=O és S csoportból áll.

A fokhagyma vizes kivonatából néhány cseppet üveglapra szárítottunk. Szilárd masszát kaptunk. FTIR spektruma a 2. a) ábrán látható. A vinilcsoport 1026,28 cm-1-nél jelent meg. Az S=O 1026 cm-1-nél, az S pedig 1237,58 cm-1-nél jelent meg. Így az allicin szerkezetét az FTIR spektrumok megerősítették (1. ábra) . A fokhagymakivonat és a Zn2+ keverésével előállított komplex FTIR spektruma a 2. b) ábrán látható. A konjugált kettős kötéseknek köszönhető sáv 3757,23 cm-1 -ről 3819,62 cm-1 -re tolódik. A 608,46-nál lévő sáv a Zn-O nyújtásnak felel meg. Az OH nyújtási frekvencia 3407,06 cm-1-nél jelenik meg. Ez megerősíti a Zn(OH)2 képződését a fémfelület katódos helyein . Mivel a Fe2+ és az allicin között teljes a koordináció, a komplexképződésből eredő sáv eltűnik a fokhagymakivonattal a szénacél felületén képződött film FTIR spektrumában (2. ábra b) .

1. ábra

Az allicin szerkezete.

(a)

(b)

(a)
(b)

2. ábra

(a) A fokhagymakivonat bepárlásával kapott szilárd tömeg FTIR-spektrumai. (b) A szénacél próbatest felületén képződött film FTIR spektrumai 2 mL fokhagymakivonatot és 25 ppm Zn2+-t tartalmazó kútvízbe való merítés után.

3.4. A korróziógátlás mechanizmusa

A korróziógátlási vizsgálat azt mutatja, hogy a 2 mL fokhagymakivonat + 25 ppm Zn2+-t tartalmazó készítmény 70%-os IE-t nyújt a kútvízbe merített szénacélnak. A polarizációs vizsgálat azt mutatja, hogy ez a készítmény túlnyomórészt az anódos reakciót szabályozza. Az FTIR-spektrumok azt mutatják, hogy a védőfilm Fe2+-allicin komplexből és Zn(OH)2-ből áll. A fenti tények holisztikus magyarázata érdekében a korróziógátlás következő mechanizmusát javasoljuk: (i) A kútvízből, fokhagymakivonatból és Zn2+-ból álló készítmény elkészítésekor Zn2+-allicin komplex képződik az oldatban (ii) Amikor a szénacélt az oldatba merítik, a Zn2+-allicin komplex az oldat nagy részéből a fémfelület felé diffundál (iii) A fém felületén a Zn2+-allicin komplex Fe2+-allicin komplexszé alakul. A Zn2+ felszabadul.(iv)Zn2+-allicin + Fe2+ → Fe2+-allicin + Zn2+.(v)A felszabaduló Zn2+ egyesül OH- -val, Zn(OH)2-t képezve.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Így a védőfilm Fe2+-allicin komplexből és Zn(OH)2-ből áll.

4. Következtetések

A jelen vizsgálat a következő következtetésekhez vezet:(i)a 2 mL fokhagymakivonatból és 25 ppm Zn2+-ból álló készítmény 70%-os gátlási hatékonyságot biztosít a kútvízbe merített szénacélnak;(ii)a polarizációs vizsgálat azt mutatja, hogy ez a készítmény túlnyomórészt az anódos reakciót szabályozza;(iii)az FTIR spektrumok azt mutatják, hogy a védőfilm Fe2+-allicin komplexből és Zn(OH)2-ből áll.

Köszönet

A szerzők köszönetet mondanak a vezetőségüknek és az indiai University Grants Commission-nek a segítségért és a bátorításért.