Abstract

Eficiența de inhibiție (IE) a unui extract apos de usturoi în controlul coroziunii oțelului carbon în apă de puț în absența și prezența Zn2+ a fost evaluată prin metoda pierderii de masă. Formularea alcătuită din 2 ml de extract de usturoi și 25 ppm Zn2+ oferă o eficiență de inhibiție de 70% pentru oțelul carbon imersat în apă de puț. Studiul de polarizare arată că această formulare controlează preponderent reacția anodică. Spectrele FTIR relevă faptul că pelicula protectoare este formată din complexul Fe2+-allicină și Zn(OH)2.

1. Introducere

Inhibitorii prietenoși cu mediul înconjurător au atras mai mulți cercetători. Produsele naturale sunt netoxice, biodegradabile și ușor de obținut. Ele au fost utilizate pe scară largă ca inhibitori. Produse naturale, cum ar fi cafeina, au fost utilizate ca inhibitori. A fost raportată inhibarea coroziunii oțelului de către extractele de plante în medii acide. Natura inhibitoare a extractelor de plante pentru diferite tipuri de metale este rezumată pe scurt. Extractul apos de frunze de rozmarin , Zanthoxylum alatum , și Law-sonia au fost utilizate pentru a inhiba coroziunea metalelor. A fost studiată inhibarea coroziunii fierului în soluții de acid clorhidric de către henna de origine naturală. A fost evaluată inhibarea coroziunii oțelului carbon în medii cu conținut scăzut de cloruri de către un extract apos de Hibiscus rosasinensis Linn. Investigarea inhibării coroziunii de către inhibitorii naturali este deosebit de interesantă, deoarece aceștia nu sunt costisitori, sunt ecologici și nu reprezintă o amenințare pentru mediu. Lucrarea de față are ca scop:(i)evaluarea eficienței de inhibiție (IE) a unui extract apos de usturoi în controlul coroziunii oțelului carbonat în apă de sondă în absența și în prezența Zn2+(ii)analiza filmului protector format pe oțelul carbonat prin spectre FTIR,(iii)înțelegerea aspectelor mecaniciste ale inhibiției coroziunii prin studiul de polarizare potențiodinamică, (iv) și propunerea unui mecanism adecvat pentru inhibarea coroziunii.

2. Procedura experimentală

2.1. Prepararea extractului de usturoi

Un extract apos de usturoi a fost preparat prin măcinarea a 20 g de usturoi cu apă bidistilată, filtrarea impurităților și completarea până la 100 mL. Extractul a fost utilizat ca inhibitor de coroziune în studiul de față.

2.2. Pregătirea epruvetelor

2.3. Metoda pierderii de masă

Datele relevante privind apa de sondă utilizată în acest studiu sunt prezentate în tabelul 1. Epruvete din oțel carbon în triplu exemplar au fost scufundate în 100 mL de apă de puț conținând diferite concentrații de inhibitor în prezența și absența Zn2+ timp de 3 zile. Greutatea epruvetelor înainte și după imersie a fost determinată cu ajutorul balanței Shimadzu, model AY 62. Produsele de coroziune au fost curățate cu soluția Clarke’s . Eficiența de inhibiție (IE) a fost apoi calculată folosind următoarea ecuație: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) unde 𝑊1 este viteza de coroziune în absența inhibitorului, iar 𝑊2 este viteza de coroziune în prezența inhibitorului.

2.4. Examinarea suprafeței

Eșantioanele din oțel carbon au fost scufundate în diferite soluții de încercare pentru o perioadă de 3 zile, scoase și uscate. Natura peliculei formate pe suprafața epruvetelor metalice a fost analizată prin studiu spectroscopic FTIR.

2.5. Polarizarea potențiodinamică

Studiile de polarizare au fost efectuate într-un analizor de impedanță cu stație de lucru electrochimică H&CH model CHI 660A. S-a folosit un ansamblu de celule cu trei electrozi. Electrodul de lucru a fost din oțel carbon. Un electrod de calomel saturat (SCE) a fost folosit ca electrod de referință, iar o folie dreptunghiulară de platină a fost folosită ca contraelectrod.

2.6. Spectre FTIR

Spectrele FTIR au fost înregistrate într-un spectrofotometru Perkin-Elmer 1600. Pelicula a fost îndepărtată cu grijă, amestecată bine cu KBr, transformată în pelete și au fost înregistrate spectrele FTIR.

3. Rezultate și discuții

3.1. Analiza rezultatelor metodei de pierdere de masă

În tabelul 2 este prezentată viteza de coroziune (CR) a oțelului carbon imersat în apă de sondă (a cărei compoziție este prezentată în tabelul 1) în absența și în prezența sistemelor inhibitoare. Eficiențele de inhibiție sunt, de asemenea, date în tabel. Se observă din tabelul 2 că extractul apos de usturoi este un bun inhibitor pentru oțelul carbon în apa din puț. 2 ml de usturoi prezintă o IE de 50%. Pe măsură ce crește concentrația de extract de usturoi, crește și IE. Adică, la concentrații mai mari, usturoiul accelerează inhibarea coroziunii .

3.1.1. Influența Zn2+ asupra eficienței de inhibare a extractului de usturoi

Influența Zn2+ asupra IE a extractului de usturoi este prezentată în tabelul 2. În prezența Zn2+ (25 ppm), extractul de usturoi prezintă o proprietate inhibitoare excelentă. De exemplu, 2 ml de extract de usturoi accelerează coroziunea oțelului carbon (IE=50%); 25 ppm de Zn2+ au 20% IE, dar combinația lor are 70%.

3.2. Analiza curbelor de polarizare

Curbele de polarizare potențiodinamică a oțelului carbon imersat în apă de sondă în absența și în prezența inhibitorilor sunt prezentate în figurile 1(a) și 1(b). Parametrii de coroziune sunt prezentați în tabelul 3. Atunci când oțelul carbon este imersat în apa din puț, potențialul de coroziune este de -704 mV față de SCE (electrod de calomel saturat). Curentul de coroziune este de 2,600×10-6 A/cm2. Atunci când în sistemul de mai sus se adaugă 2 ml de extract de usturoi și 25 ppm de Zn2+, potențialul de coroziune se deplasează spre partea anodică (-690 mV față de SCE). Acest lucru sugerează că această formulare controlează în mod predominant reacția anodică. În prezența sistemului de inhibitori, curentul de coroziune scade de la 2,600×10-6 A/cm2 la 2,353×10-6 A/cm2. Acest lucru sugerează natura inhibitoare a acestui sistem inhibitor .

Figura 1

Curbe de polarizare a oțelului carbon imersat în (a) apă de fântână și (b) apă de fântână +2 ml de extract de usturoi +25 ppm de Zn2+.

3.3. Analiza spectrelor FTIR

Principiul activ dintr-un extract apos de usturoi este alicina. Aceasta este formată din grupa S=O și S.

Câteva picături dintr-un extract apos de usturoi au fost uscate pe o placă de sticlă. S-a obținut o masă solidă. Spectrul său FTIR este prezentat în figura 2(a). Grupul vinil a apărut la 1026,28 cm-1. S=O a apărut la 1026 cm-1 și S la 1237,58 cm-1. Astfel, structura allicinei este confirmată de spectrele FTIR (Schema 1). Spectrul FTIR al complexului preparat prin amestecarea extractului de usturoi și Zn2+ este prezentat în figura 2(b). Banda datorată dublei legături conjugate se deplasează de la 3757,23 cm-1 la 3819,62 cm-1. Banda de la 608,46 corespunde întinderii Zn-O. Frecvența de întindere OH apare la 3407,06 cm-1. Acest lucru confirmă formarea de Zn(OH)2 pe situsurile catodice ale suprafeței metalice. Deoarece există o coordonare completă între Fe2+ și alicină, banda datorată formării complexului dispare în spectrul FTIR al filmului format pe suprafața oțelului carbon cu extract de usturoi (Figura 2(b)) .

(a)

(b)

(a)
(b)

3.4. Mecanismul de inhibare a coroziunii

Studiul de pierdere de masă relevă faptul că formularea alcătuită din 2 mL de extract de usturoi +25 ppm de Zn2+ oferă 70% IE la oțelul carbon imersat în apă de puț. Studiul de polarizare relevă că această formulare controlează preponderent reacția anodică. Spectrele FTIR relevă faptul că pelicula protectoare este formată din complexul Fe2+-allicină și Zn(OH)2. Pentru a explica faptele de mai sus într-un mod holistic, se propune următorul mecanism de inhibare a coroziunii.(i) Atunci când se prepară formula compusă din apă de sondă, extract de usturoi și Zn2+, se formează complexul Zn2+-allicină în soluție.(ii) Atunci când oțelul carbon este scufundat în soluție, complexul Zn2+-allicină difuzează din masa soluției spre suprafața metalului.(iii) Pe suprafața metalului, complexul Zn2+-allicină se transformă în complex Fe2+-allicină. Zn2+ este eliberat.(iv)Zn2+-allicină + Fe2+ → Fe2+-allicină + Zn2+.(v)Zn2+ eliberat se combină cu OH- pentru a forma Zn(OH) 2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Astfel, pelicula protectoare este formată din complexul Fe2+-allicină și Zn(OH)2.

4. Concluzii

Studiul de față conduce la următoarele concluzii:(i)formula alcătuită din 2 ml de extract de usturoi și 25 ppm de Zn2+ oferă o eficiență de inhibiție de 70% pentru oțelul carbon imersat în apă de sondă;(ii)studiul de polarizare arată că această formulă controlează predominant reacția anodică;(iii)spectrele FTIR arată că pelicula protectoare este formată din complexul Fe2+-allicină și Zn(OH)2.

Recunoștințe

Autorii sunt recunoscători conducerilor lor și Comisiei de Granturi Universitare, India, pentru ajutor și încurajare.

.