Abstract

De remmingsefficiëntie (IE) van een waterig knoflookextract in de bestrijding van corrosie van koolstofstaal in putwater in de afwezigheid en aanwezigheid van Zn2+ is geëvalueerd met behulp van massaverlies-methode. De formulering bestaande uit 2 ml knoflookextract en 25 ppm Zn2+ biedt 70% inhibitie-efficiëntie voor koolstofstaal ondergedompeld in putwater. Polarisatiestudie toont aan dat deze formulering de anodische reactie overwegend controleert. FTIR-spectra onthullen dat de beschermende film bestaat uit Fe2+-allicine complex en Zn(OH)2.

1. Inleiding

Milieuvriendelijke inhibitoren hebben verschillende onderzoekers aangetrokken. Natuurlijke producten zijn niet-toxisch, biologisch afbreekbaar en gemakkelijk verkrijgbaar. Zij zijn op grote schaal gebruikt als remmers. Natuurproducten zoals cafeïne zijn gebruikt als inhibitoren. Corrosieremming van staal door plantenextracten in zure media is gerapporteerd. De schaal remmende aard van plantenextracten voor verschillende soorten metalen worden kort samengevat . Waterig extract van rozemarijnbladeren , Zanthoxylum alatum , en Law-sonia zijn gebruikt om corrosie van metalen te remmen. Corrosieremming van ijzer in zoutzuuroplossingen door natuurlijk voorkomend henna is onderzocht . Corrosieremming van koolstofstaal in media met een laag chloridegehalte door een waterig extract van Hibiscus rosasinensis Linn is geëvalueerd. Onderzoek naar corrosie-inhibitie van natuurlijke inhibitoren is bijzonder interessant omdat ze niet duur en milieuvriendelijk zijn en geen bedreiging vormen voor het milieu. Het huidige werk is ondernomen om: (i) de inhibitie efficiëntie (IE) van een waterig extract van look te evalueren in het controleren van de corrosie van koolstofstaal in putwater in de afwezigheid en aanwezigheid van Zn2+ (ii) de beschermende film gevormd op het koolstofstaal te analyseren door FTIR spectra, (iii) de mechanistische aspecten van corrosie-inhibitie te begrijpen door potentiodynamische polarisatie studie, (iv) en een geschikt mechanisme voor corrosie-inhibitie voor te stellen.

2. Experimentele Procedure

2.1. Bereiding van knoflookextract

Een waterig extract van knoflook werd bereid door 20 g knoflook met dubbel gedestilleerd water te malen, de onzuiverheden te filtreren en aan te vullen tot 100 ml. Het extract werd gebruikt als corrosieremmer in de huidige studie.

2.2. Voorbereiding van preparaten

2.3. Relevante gegevens over het in deze studie gebruikte bronwater zijn vermeld in tabel 1. Koolstofstalen proefstukken werden in drievoud gedurende 3 dagen ondergedompeld in 100 mL bronwater met verschillende concentraties van de inhibitor in aanwezigheid en afwezigheid van Zn2+. Het gewicht van de proefstukken vóór en na onderdompeling werd bepaald met een Shimadzu-balans, model AY 62. De corrosieproducten werden gereinigd met Clarke’s oplossing. De inhibitie-efficiëntie (IE) werd vervolgens berekend met behulp van de volgende vergelijking: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) waarbij 𝑊1 de corrosiesnelheid is in afwezigheid van de inhibitor, en 𝑊2 de corrosiesnelheid in aanwezigheid van de inhibitor.

Parameter Value pH 8.6 Geleidbaarheid 2620 μmho/cm TDS 1835 mg/L Chloride 450 Sulfaat 110 Totale hardheid 96

Tabel 1

Parameters van putwater.

2.4. Oppervlakteonderzoek

De koolstofstalen proefstukken werden gedurende een periode van 3 dagen in verschillende testoplossingen ondergedompeld, eruit gehaald en gedroogd. De aard van de film die op het oppervlak van de metaalspecimens werd gevormd, werd geanalyseerd door FTIR spectroscopisch onderzoek.

2.5. Potentiodynamische polarisatie

Polarisatiestudies werden uitgevoerd in een H&CH elektrochemische werkstation impedantie analyzer model CHI 660A. Er werd een celassemblage met drie elektroden gebruikt. De werkelektrode was van koolstofstaal. Als referentie-elektrode werd een verzadigde kalomel-elektrode (SCE) gebruikt en als tegenelektrode een rechthoekige platinafolie.

2.6. FTIR Spectra

FTIR spectra werden opgenomen in een Perkin-Elmer 1600 spectrofotometer. De film werd zorgvuldig verwijderd, grondig met KBr gemengd, tot pellets verwerkt en de FTIR-spectra werden geregistreerd.

3. Resultaten en discussie

3.1. Analyse van de resultaten van de massaverliesmethode

De corrosiesnelheid (CR) van koolstofstaal ondergedompeld in putwater (waarvan de samenstelling is gegeven in tabel 1) in afwezigheid en aanwezigheid van remmersystemen is gegeven in tabel 2. De remmingsefficiënties zijn eveneens in de tabel vermeld. Uit Tabel 2 blijkt dat het waterige extract van knoflook een goede remmer is van koolstofstaal in putwater. 2 mL knoflook geeft 50% IE. Naarmate de concentratie van het knoflookextract toeneemt, neemt ook de IE toe. Dat wil zeggen, bij hogere concentraties, knoflook versnelt corrosie remming .

3.1.1. Invloed van Zn2+ op de inhibitie-efficiëntie van knoflookextract

De invloed van Zn2+ op de IE van knoflookextract wordt gegeven in tabel 2. In aanwezigheid van Zn2+ (25 ppm) vertoont knoflookextract een uitstekende remmende eigenschap. Bijvoorbeeld, 2 mL knoflookextract versnelt corrosie van koolstofstaal (IE=50%); 25 ppm van Zn2+ hebben 20% IE, maar hun combinatie heeft 70%.

3.2. De potentiodynamische polarisatiecurven van koolstofstaal ondergedompeld in putwater in afwezigheid en aanwezigheid van remmers worden getoond in Figuren 1(a) en 1(b). De corrosieparameters zijn vermeld in tabel 3. Wanneer koolstofstaal in putwater is ondergedompeld, bedraagt de corrosiepotentiaal -704 mV ten opzichte van SCE (verzadigde kalomelelektrode). De corrosiestroom bedraagt 2,600×10-6 A/cm2. Wanneer 2 ml knoflookextract en 25 ppm Zn2+ aan bovenstaand systeem worden toegevoegd, verschuift de corrosiepotentiaal naar de anodische zijde (-690 mV ten opzichte van SCE). Dit suggereert dat deze formulering de anodische reactie overwegend controleert. In aanwezigheid van het inhibitor-systeem daalt de corrosiestroom van 2,600×10-6 A/cm2 tot 2,353×10-6 A/cm2. Dit wijst op de remmende aard van dit inhibitor-systeem.

Figuur 1

Polarisatiecurven van koolstofstaal ondergedompeld in (a) putwater en (b) putwater +2 mL knoflookextract +25 ppm Zn2+.

3.3. Analyse van FTIR-spectra

3.3. Analyse van FTIR-spectra

Het actieve bestanddeel in een waterig knoflookextract is allicine. Het bestaat uit S=O en S-groep.

Een paar druppels van een waterig knoflookextract werden op een glasplaat gedroogd. Er werd een vaste massa verkregen. Het FTIR-spectrum ervan wordt getoond in figuur 2(a). De Vinylgroep verscheen op 1026,28 cm-1. S=O verscheen op 1026 cm-1 en S op 1237,58 cm-1. De structuur van allicine wordt dus bevestigd door de FTIR spectra (Schema 1). Het FTIR-spectrum van complex bereid door het mengen van knoflookextract en Zn2+ wordt getoond in figuur 2(b). De band als gevolg van geconjugeerde dubbele bindingen verschuift van 3757,23 cm-1 naar 3819,62 cm-1. De band bij 608,46 komt overeen met Zn-O strekkend. De OH-strekfrequentie verschijnt bij 3407,06 cm-1. Dit bevestigt de vorming van Zn(OH)2 op de kathodische plaatsen van het metaaloppervlak. Aangezien er een volledige coördinatie is tussen Fe2+ en allicine, verdwijnt de band als gevolg van de vorming van het complex in het FTIR-spectrum van de film die met knoflookextract op het oppervlak van koolstofstaal wordt gevormd (figuur 2(b)).

Schema 1

Structuur van allicine.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figuur 2

(a) FTIR-spectra van de vaste massa die is verkregen door verdamping van het knoflookextract. (b) FTIR-spectra van de film die op het oppervlak van het koolstofstalen monster is gevormd na onderdompeling in bronwater dat 2 ml knoflookextract en 25 ppm Zn2+ bevat.

3.4. Mechanisme van corrosieremming

Massaverliesonderzoek toont aan dat de formulering bestaande uit 2 mL knoflookextract +25 ppm Zn2+ 70% IE biedt aan koolstofstaal ondergedompeld in putwater. Polarisatie studie onthult dat deze formulering de anodische reactie overwegend controleert. FTIR spectra onthullen dat de beschermende film bestaat uit Fe2+-allicine complex en Zn(OH)2. Om de bovenstaande feiten op een holistische manier te verklaren, wordt het volgende mechanisme van corrosie-inhibitie voorgesteld.(i) Wanneer de formulering bestaande uit putwater, knoflookextract en Zn2+ wordt bereid, ontstaat er Zn2+-allicine complex in oplossing.(ii) Wanneer koolstofstaal in de oplossing wordt ondergedompeld, diffundeert het Zn2+-allicine complex vanuit de bulk van de oplossing naar het metaaloppervlak.(iii) Op het metaaloppervlak wordt Zn2+-allicine complex omgezet in Fe2+-allicine complex. Zn2+ komt vrij.(iv)Zn2+-allicine + Fe2+ → Fe2+-allicine + Zn2+.(v)Het vrijgekomen Zn2+ verbindt zich met OH- tot Zn(OH)2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)De beschermende film bestaat dus uit Fe2+-allicine complex en Zn(OH)2.

4. Conclusies

De huidige studie leidt tot de volgende conclusies:(i)de formulering bestaande uit 2 mL knoflookextract en 25 ppm van Zn2+ biedt 70% inhibitie-efficiëntie aan koolstofstaal ondergedompeld in bronwater;(ii)polarisatie studie toont aan dat deze formulering de anodische reactie voornamelijk controleert;(iii)FTIR-spectra onthullen dat de beschermende film bestaat uit Fe2+-allicine complex en Zn(OH)2.

Acknowledgments

Auteurs zijn dank verschuldigd aan hun directies en University Grants Commission, India, voor de hulp en aanmoediging.