Abstract

L’efficienza di inibizione (IE) di un estratto acquoso di aglio nel controllo della corrosione dell’acciaio al carbonio in acqua di pozzo in assenza e presenza di Zn2+ è stata valutata con il metodo della perdita di massa. La formulazione composta da 2 mL di estratto d’aglio e 25 ppm di Zn2+ offre un’efficienza di inibizione del 70% all’acciaio al carbonio immerso in acqua di pozzo. Lo studio di polarizzazione rivela che questa formulazione controlla la reazione anodica in modo predominante. Gli spettri FTIR rivelano che la pellicola protettiva consiste di un complesso Fe2+-allicina e Zn(OH)2.

1. Introduzione

Gli inibitori ecologici hanno attirato diversi ricercatori. I prodotti naturali non sono tossici, biodegradabili e facilmente disponibili. Sono stati ampiamente utilizzati come inibitori. Prodotti naturali come la caffeina sono stati usati come inibitori. È stata riportata l’inibizione della corrosione dell’acciaio da parte di estratti di piante in mezzi acidi. La natura inibitoria degli estratti di piante per vari tipi di metalli è riassunta brevemente. L’estratto acquoso di foglie di rosmarino, Zanthoxylum alatum e Law-sonia sono stati utilizzati per inibire la corrosione dei metalli. L’inibizione della corrosione del ferro in soluzioni di acido cloridrico da parte di henné naturale è stata studiata. È stata valutata l’inibizione della corrosione dell’acciaio al carbonio in mezzi a basso contenuto di cloruro da parte di un estratto acquoso di Hibiscus rosasinensis Linn. L’indagine sull’inibizione della corrosione degli inibitori naturali è particolarmente interessante perché sono poco costosi, ecologici e non costituiscono una minaccia per l’ambiente. Il presente lavoro è stato intrapreso: (i)per valutare l’efficienza di inibizione (IE) di un estratto acquoso di aglio nel controllo della corrosione dell’acciaio al carbonio in acqua di pozzo in assenza e presenza di Zn2+ (ii)per analizzare la pellicola protettiva formata sull’acciaio al carbonio mediante spettri FTIR, (iii)per comprendere gli aspetti meccanicistici dell’inibizione della corrosione mediante studio di polarizzazione potenziodinamica, (iv) e per proporre un meccanismo adatto per l’inibizione della corrosione.

2. Procedura sperimentale

2.1. Preparazione dell’estratto di aglio

Un estratto acquoso di aglio è stato preparato macinando 20 g di aglio con acqua bidistillata, filtrando le impurità e portando a 100 mL. L’estratto è stato usato come inibitore di corrosione nel presente studio.

2.2. Preparazione dei campioni

2.3. Metodo della perdita di massa

I dati rilevanti sull’acqua di pozzo usata in questo studio sono dati nella tabella 1. Campioni di acciaio al carbonio in triplicato sono stati immersi in 100 mL di acqua di pozzo contenente varie concentrazioni dell’inibitore in presenza e assenza di Zn2+ per 3 giorni. Il peso dei campioni prima e dopo l’immersione è stato determinato utilizzando la bilancia Shimadzu, modello AY 62. I prodotti di corrosione sono stati puliti con la soluzione di Clarke. L’efficienza di inibizione (IE) è stata poi calcolata utilizzando la seguente equazione: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) dove 𝑊1 è la velocità di corrosione in assenza dell’inibitore, e 𝑊2 è la velocità di corrosione in presenza dell’inibitore.

2.4. Esame della superficie

I campioni di acciaio al carbonio sono stati immersi in varie soluzioni di prova per un periodo di 3 giorni, estratti e asciugati. La natura della pellicola formata sulla superficie dei campioni di metallo è stata analizzata dallo studio spettroscopico FTIR.

2.5. Polarizzazione Potenziodinamica

Gli studi di polarizzazione sono stati eseguiti in una stazione di lavoro elettrochimica H&CH analizzatore di impedenza modello CHI 660A. È stato utilizzato un gruppo di celle a tre elettrodi. L’elettrodo di lavoro era in acciaio al carbonio. Un elettrodo di calomelano saturo (SCE) è stato usato come elettrodo di riferimento, e una lamina di platino rettangolare è stata usata come contro elettrodo.

2.6. Spettri FTIR

Sono stati registrati in uno spettrofotometro Perkin-Elmer 1600. La pellicola è stata accuratamente rimossa, mescolata accuratamente con KBr, trasformata in pellet e sono stati registrati gli spettri FTIR.

3. Risultati e discussione

3.1. Analisi dei risultati del metodo della perdita di massa

Il tasso di corrosione (CR) dell’acciaio al carbonio immerso in acqua di pozzo (la cui composizione è data nella tabella 1) in assenza e presenza di sistemi inibitori è dato nella tabella 2. Anche le efficienze di inibizione sono date nella tabella. Si vede dalla Tabella 2 che l’estratto acquoso di aglio è un buon inibitore per l’acciaio al carbonio in acqua di pozzo. 2 mL di aglio mostrano il 50% di IE. All’aumentare della concentrazione dell’estratto d’aglio, aumenta anche l’IE. Cioè, a concentrazioni più elevate, l’aglio accelera l’inibizione della corrosione.

3.1.1. Influenza di Zn2+ sull’efficienza di inibizione dell’estratto d’aglio

L’influenza di Zn2+ sull’IE dell’estratto d’aglio è data nella tabella 2. In presenza di Zn2+ (25 ppm), l’estratto d’aglio mostra un’eccellente proprietà inibitoria. Per esempio, 2 mL di estratto d’aglio accelerano la corrosione dell’acciaio al carbonio (IE=50%); 25 ppm di Zn2+ hanno 20% IE, ma la loro combinazione ha 70%.

3.2. Analisi delle curve di polarizzazione

Le curve di polarizzazione potenziodinamiche dell’acciaio al carbonio immerso in acqua di pozzo in assenza e presenza di inibitori sono mostrate nelle figure 1(a) e 1(b). I parametri di corrosione sono riportati nella tabella 3. Quando l’acciaio al carbonio è immerso nell’acqua del pozzo, il potenziale di corrosione è -704 mV contro SCE (elettrodo di calomelano saturo). La corrente di corrosione è di 2,600×10-6 A/cm2. Quando 2 mL di estratto d’aglio e 25 ppm di Zn2+ vengono aggiunti al sistema di cui sopra, il potenziale di corrosione si sposta verso il lato anodico (-690 mV contro SCE). Ciò suggerisce che questa formulazione controlla la reazione anodica in modo predominante. In presenza del sistema inibitore, la corrente di corrosione diminuisce da 2,600×10-6 A/cm2 a 2,353×10-6 A/cm2. Questo suggerisce la natura inibitoria di questo sistema inibitore.

Figura 1

Curve di polarizzazione dell’acciaio al carbonio immerso in (a) acqua di pozzo e (b) acqua di pozzo +2 mL estratto di aglio +25 ppm di Zn2+.

3.3. Analisi degli spettri FTIR

Il principio attivo in un estratto acquoso di aglio è l’allicina. Consiste di un gruppo S=O e S.

Alcune gocce di un estratto acquoso di aglio sono state essiccate su una piastra di vetro. Una massa solida è stata ottenuta. Il suo spettro FTIR è mostrato nella figura 2(a). Il gruppo vinile è apparso a 1026,28 cm-1. S=O è apparso a 1026 cm-1 e S a 1237,58 cm-1. Così la struttura dell’allicina è confermata dagli spettri FTIR (Schema 1). Lo spettro FTIR del complesso preparato mescolando l’estratto di aglio e Zn2+ è mostrato nella Figura 2(b). La banda dovuta ai doppi legami coniugati si sposta da 3757,23 cm-1 a 3819,62 cm-1. La banda a 608,46 corrisponde allo stretching Zn-O. La frequenza di stretching OH appare a 3407,06 cm-1. Questo conferma la formazione di Zn(OH)2 sui siti catodici della superficie metallica. Poiché c’è una coordinazione completa tra Fe2+ e allicina, la banda dovuta alla formazione del complesso scompare nello spettro FTIR del film formato sulla superficie dell’acciaio al carbonio dall’estratto d’aglio (Figura 2(b)).

(a)

(b)

(a)
(b)

3.4. Meccanismo di inibizione della corrosione

Lo studio della perdita di massa rivela che la formulazione composta da 2 mL di estratto d’aglio +25 ppm di Zn2+ offre il 70% di IE all’acciaio al carbonio immerso in acqua di pozzo. Lo studio di polarizzazione rivela che questa formulazione controlla la reazione anodica in modo predominante. Gli spettri FTIR rivelano che la pellicola protettiva è composta da un complesso Fe2+-allicina e Zn(OH)2. Per spiegare i fatti di cui sopra in modo olistico, viene proposto il seguente meccanismo di inibizione della corrosione.(i) Quando la formulazione che consiste di acqua di pozzo, estratto di aglio e Zn2+ viene preparata, c’è la formazione del complesso Zn2+-allicina in soluzione.(ii) Quando l’acciaio al carbonio viene immerso nella soluzione, il complesso Zn2+-allicina si diffonde dalla massa della soluzione verso la superficie del metallo.(iii) Sulla superficie del metallo, il complesso Zn2+-allicina viene convertito in complesso Fe2+-allicina. Lo Zn2+ viene rilasciato.(iv)Zn2+-allicina + Fe2+ → Fe2+-allicina + Zn2+.(v)Lo Zn2+ rilasciato si combina con OH- per formare Zn(OH) 2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Così, la pellicola protettiva consiste di complesso Fe2+-allicina e Zn(OH)2.

4. Conclusioni

Il presente studio porta alle seguenti conclusioni:(i)la formulazione composta da 2 mL di estratto d’aglio e 25 ppm di Zn2+ offre il 70% di efficienza d’inibizione all’acciaio al carbonio immerso in acqua di pozzo;(ii)lo studio di polarizzazione rivela che questa formulazione controlla la reazione anodica in modo predominante;(iii)gli spettri FTIR rivelano che la pellicola protettiva consiste di complesso Fe2+-allicina e Zn(OH)2.

Riconoscimenti

Gli autori sono grati ai loro dirigenti e alla University Grants Commission, India, per l’aiuto e l’incoraggiamento.