Abstract

Efektywność inhibicji (IE) wodnego ekstraktu czosnku w kontrolowaniu korozji stali węglowej w wodzie studziennej w nieobecności i obecności Zn2+ została oceniona metodą ubytku masy. Preparat składający się z 2 mL ekstraktu czosnku i 25 ppm Zn2+ zapewnia 70% skuteczność inhibicji stali węglowej zanurzonej w wodzie studziennej. Badanie polaryzacyjne ujawnia, że preparat ten kontroluje głównie reakcję anodową. Widma FTIR ujawniają, że film ochronny składa się z kompleksu Fe2+-allicyny i Zn(OH)2.

1. Wstęp

Przyjazne dla środowiska inhibitory przyciągają uwagę wielu badaczy. Produkty naturalne są nietoksyczne, biodegradowalne i łatwo dostępne. Zostały one szeroko wykorzystane jako inhibitory. Produkty naturalne, takie jak kofeina, zostały wykorzystane jako inhibitory. Odnotowano inhibicję korozji stali przez ekstrakty roślinne w środowisku kwaśnym. Krótko podsumowano hamujący charakter ekstraktów roślinnych dla różnych rodzajów metali. Wodny ekstrakt z liści rozmarynu, Zanthoxylum alatum i Law-sonia zostały użyte do hamowania korozji metali. Zbadano hamowanie korozji żelaza w roztworach kwasu solnego przez naturalnie występującą hennę. Oceniono hamowanie korozji stali węglowej w środowisku o niskiej zawartości chlorków przez wodny ekstrakt z Hibiscus rosasinensis Linn. Badania inhibicji korozji z wykorzystaniem naturalnych inhibitorów są szczególnie interesujące, ponieważ są one tanie, ekologiczne i nie stanowią zagrożenia dla środowiska. W niniejszej pracy podjęto się: (i) oceny skuteczności inhibicji (IE) wodnego ekstraktu czosnku w kontroli korozji stali węglowej w wodzie studziennej w nieobecności i obecności Zn2+(ii) analizy warstwy ochronnej utworzonej na stali węglowej za pomocą widma FTIR, (iii) zrozumienia mechanistycznych aspektów inhibicji korozji za pomocą badania polaryzacji potencjodynamicznej, (iv) oraz zaproponowania odpowiedniego mechanizmu inhibicji korozji.

2. Procedura eksperymentalna

2.1. Preparation of Garlic Extract

An aqueous extract of garlic was prepared by grinding 20 g of garlic with double distilled water, filtering the impurities, and making up to 100 mL. Ekstrakt został użyty jako inhibitor korozji w obecnych badaniach.

2.2. Przygotowanie próbek

2.3. Metoda strat masowych

Właściwe dane dotyczące wody studziennej użytej w badaniach podano w tabeli 1. Próbki ze stali węglowej w trzech egzemplarzach zanurzono w 100 mL wody studziennej zawierającej różne stężenia inhibitora w obecności i bez Zn2+ na 3 dni. Masę próbek przed i po zanurzeniu określano za pomocą wagi Shimadzu, model AY 62. Produkty korozji oczyszczono roztworem Clarke’a. Następnie obliczono skuteczność inhibicji (IE) stosując następujące równanie: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) gdzie 𝑊1 to szybkość korozji przy braku inhibitora, a 𝑊2 to szybkość korozji w obecności inhibitora.

2.4. Badanie powierzchni

Próbki ze stali węglowej zanurzono w różnych roztworach badawczych na okres 3 dni, wyjęto i wysuszono. Charakter warstwy utworzonej na powierzchni próbek metalowych analizowano za pomocą spektroskopii FTIR.

2.5. Polaryzacja potencjodynamiczna

Badania polaryzacyjne przeprowadzono w analizatorze impedancji na stanowisku elektrochemicznym H&CH model CHI 660A. Zastosowano zespół ogniw trzyelektrodowych. Elektrodą roboczą była stal węglowa. Jako elektrodę odniesienia zastosowano nasyconą elektrodę kalomelową (SCE), a jako elektrodę przeciwną prostokątną folię platynową.

2.6. Widma FTIR

WidmaFTIR rejestrowano w spektrofotometrze Perkin-Elmer 1600. Folię ostrożnie usuwano, dokładnie mieszano z KBr, formowano granulki i rejestrowano widma FTIR.

3. Wyniki i Dyskusja

3.1. Analiza wyników metody strat masowych

Szybkość korozji (CR) stali węglowej zanurzonej w wodzie studziennej (której skład podano w tabeli 1) w nieobecności i obecności układów inhibitorowych podano w tabeli 2. W tabeli tej podano również wartości skuteczności inhibicji. Z tabeli 2 wynika, że wodny ekstrakt czosnku jest dobrym inhibitorem dla stali węglowej w wodzie studziennej. 2 mL czosnku wykazuje 50% IE. Wraz ze wzrostem stężenia ekstraktu czosnku, IE również wzrasta. Oznacza to, że przy wyższych stężeniach czosnek przyspiesza hamowanie korozji.

3.1.1. Wpływ Zn2+ na skuteczność inhibicyjną ekstraktu z czosnku

Wpływ Zn2+ na IE ekstraktu z czosnku podano w tabeli 2. W obecności Zn2+ (25 ppm), ekstrakt czosnku wykazuje doskonałe właściwości inhibicyjne. Na przykład, 2 mL ekstraktu czosnku przyspiesza korozję stali węglowej (IE=50%); 25 ppm Zn2+ ma 20% IE, ale ich kombinacja ma 70%.

3.2. Analiza krzywych polaryzacji

Krzywe polaryzacji potencjodynamicznej stali węglowej zanurzonej w wodzie studziennej w nieobecności i obecności inhibitorów przedstawiono na rysunkach 1(a) i 1(b). Parametry korozji podano w tabeli 3. Gdy stal węglowa jest zanurzona w wodzie studziennej, potencjał korozji wynosi -704 mV w stosunku do SCE (nasycona elektroda kalomelowa). Prąd korozji wynosi 2,600×10-6 A/cm2. Kiedy do powyższego układu dodano 2 mL ekstraktu czosnku i 25 ppm Zn2+, potencjał korozji przesunął się na stronę anodową (-690 mV w stosunku do SCE). Sugeruje to, że preparat ten kontroluje przede wszystkim reakcję anodową. W obecności układu inhibitorów, prąd korozji zmniejsza się z 2,600×10-6 A/cm2 do 2,353×10-6 A/cm2. Sugeruje to inhibicyjny charakter tego układu inhibitorów.

Rysunek 1

Krzywe polaryzacji stali węglowej zanurzonej w (a) wodzie studziennej i (b) wodzie studziennej +2 mL ekstraktu czosnku +25 ppm Zn2+.

3.3. Analiza widm FTIR

Zasadą aktywną w wodnym wyciągu z czosnku jest allicyna. Składa się ona z grupy S=O i S.

Kilka kropel wodnego wyciągu z czosnku wysuszono na szklanej płytce. Otrzymano stałą masę. Jej widmo FTIR przedstawiono na rysunku 2(a). Grupa winylowa pojawiła się przy 1026,28 cm-1. S=O pojawiło się przy 1026 cm-1 , a S przy 1237,58 cm-1. Tak więc struktura allicyny została potwierdzona przez widma FTIR (Schemat 1). Widmo FTIR kompleksu przygotowanego przez zmieszanie ekstraktu czosnku i Zn2+ przedstawiono na rysunku 2(b). Pasmo związane ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi przesuwa się z 3757,23 cm-1 do 3819,62 cm-1. Pasmo przy 608,46 odpowiada rozciąganiu Zn-O. Częstotliwość rozciągania OH pojawia się przy 3407.06 cm-1. Potwierdza to tworzenie się Zn(OH)2 na katodowych miejscach powierzchni metalu. Ponieważ istnieje pełna koordynacja pomiędzy Fe2+ i allicyną, pasmo związane z tworzeniem się kompleksu zanika w widmie FTIR filmu utworzonego na powierzchni stali węglowej przez ekstrakt z czosnku (Rysunek 2(b)) .

Schemat 1

Struktura allicyny.

(a)

(b)

(a)
(b)

Rysunek 2

(a) Widma FTIR stałej masy otrzymanej przez odparowanie ekstraktu z czosnku. (b) Widmo FTIR filmu utworzonego na powierzchni próbki ze stali węglowej po zanurzeniu w wodzie studziennej zawierającej 2 mL ekstraktu czosnku i 25 ppm Zn2+.

3.4. Mechanizm inhibicji korozji

Badanie strat masowych ujawnia, że preparat składający się z 2 mL ekstraktu czosnku +25 ppm Zn2+ oferuje 70% IE dla stali węglowej zanurzonej w wodzie studziennej. Badanie polaryzacji ujawnia, że preparat ten kontroluje reakcję anodową w przeważającej mierze. Widma FTIR ujawniają, że film ochronny składa się z kompleksu Fe2+-allicyna i Zn(OH)2. Aby wyjaśnić powyższe fakty w sposób całościowy, zaproponowano następujący mechanizm inhibicji korozji.(i) Po przygotowaniu preparatu składającego się z wody studziennej, ekstraktu czosnku i Zn2+ w roztworze tworzy się kompleks Zn2+-allicyna.(ii) Gdy stal węglowa jest zanurzona w roztworze, kompleks Zn2+-allicyna dyfunduje z większej części roztworu w kierunku powierzchni metalu.(iii) Na powierzchni metalu kompleks Zn2+-allicyna przekształca się w kompleks Fe2+-allicyna. Zn2+ jest uwalniany.(iv)Zn2+-allicyna + Fe2+ → Fe2+-allicyna + Zn2+.(v)Uwolniony Zn2+ łączy się z OH- tworząc Zn(OH) 2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Tak więc film ochronny składa się z kompleksu Fe2+-allicyny i Zn(OH)2.

4. Wnioski

Badania te prowadzą do następujących wniosków: (i) preparat składający się z 2 mL ekstraktu czosnku i 25 ppm Zn2+ oferuje 70% skuteczność inhibicji stali węglowej zanurzonej w wodzie studziennej; (ii) badanie polaryzacji ujawnia, że preparat ten kontroluje głównie reakcję anodową; (iii) widma FTIR ujawniają, że film ochronny składa się z kompleksu Fe2+-allicyny i Zn(OH)2.

Podziękowania

Autorzy są wdzięczni swoim kierownictwom i University Grants Commission, Indie, za pomoc i zachętę.

.