Abstract

Hämningseffektiviteten (IE) hos ett vattenextrakt av vitlök när det gäller att kontrollera korrosion av kolstål i brunnsvatten i avsaknad och närvaro av Zn2+ har utvärderats med massförlustmetoden. Formuleringen bestående av 2 mL vitlöksextrakt och 25 ppm Zn2+ ger 70 % hämningseffektivitet för kolstål nedsänkt i brunnsvatten. Polarisationsstudien visar att denna formulering huvudsakligen kontrollerar den anodiska reaktionen. FTIR-spektra visar att den skyddande filmen består av Fe2+-allicinkomplex och Zn(OH)2.

1. Introduktion

Miljövänliga inhibitorer har lockat flera forskare. Naturliga produkter är giftfria, biologiskt nedbrytbara och lättillgängliga. De har använts i stor utsträckning som hämmare. Naturprodukter som t.ex. koffein har använts som hämmare. Korrosionshämning av stål med växtextrakt i sura medier har rapporterats. Växtextraktens skalhämmande karaktär för olika typer av metaller sammanfattas kortfattat . Vattenextrakt av rosmarinblad, Zanthoxylum alatum och Law-sonia har använts för att hämma korrosion av metaller. Korrosionshämning av järn i saltsyralösningar med naturligt förekommande henna har undersökts . Korrosionsinhibering av kolstål i lågkloridmedier med ett vattenextrakt av Hibiscus rosasinensis Linn har utvärderats . Undersökningar av korrosionsinhibering av naturliga inhibitorer är särskilt intressanta eftersom de inte är dyra, miljövänliga och inte utgör något hot mot miljön. Föreliggande arbete har genomförts:(i) för att utvärdera hämningseffektiviteten (IE) hos ett vattenextrakt av vitlök för att kontrollera korrosionen av kolstål i brunnsvatten i frånvaro och närvaro av Zn2+(ii) för att analysera den skyddande film som bildas på kolstålet med hjälp av FTIR-spektra,(iii) för att förstå de mekanistiska aspekterna av korrosionsinhiberingen med hjälp av en potentiodynamisk polarisationsstudie, (iv) och för att föreslå en lämplig mekanism för korrosionsinhiberingen.

2. Experimentellt förfarande

2.1. Framställning av vitlöksextrakt

Ett vattenextrakt av vitlök framställdes genom att mala 20 g vitlök med dubbeldestillerat vatten, filtrera föroreningarna och fylla på till 100 ml. Extraktet användes som korrosionsinhibitor i denna studie.

2.2. Förberedelse av prover

2.3. Mass-Loss-metoden

Relevanta uppgifter om det brunnsvatten som används i denna studie finns i tabell 1. Prover av kolstål i tre exemplar sänktes i 100 ml brunnsvatten som innehöll olika koncentrationer av inhibitorn i närvaro och frånvaro av Zn2+ i tre dagar. Provkropparnas vikt före och efter nedsänkning bestämdes med hjälp av en Shimadzu-våg, modell AY 62. Korrosionsprodukterna rengjordes med Clarkes lösning . Inhibitionseffektiviteten (IE) beräknades sedan med hjälp av följande ekvation: 𝑊IE=1001-2𝑊1%,(1) där 𝑊1 är korrosionshastigheten i frånvaro av inhibitorn och 𝑊2 är korrosionshastigheten i närvaro av inhibitorn.

Parameter Värde pH 8.6 Konduktivitet 2620 μmho/cm TDS 1835 mg/L Klorid 450 Sulfat 110 Total hårdhet 96

Tabell 1

Brunnsvattenparametrar.

2.4. Ytundersökning

Kolstålproverna sänktes ner i olika testlösningar under tre dagar, togs ut och torkades. Karaktären av den film som bildades på ytan av metallproverna analyserades genom FTIR-spektroskopisk undersökning.

2.5. Potentiodynamisk polarisering

Polarisationsstudier utfördes i en H&CH elektrokemisk arbetsstation impedansanalysator modell CHI 660A. En celluppsättning med tre elektroder användes. Arbetselektroden var av kolstål. En mättad kalomelelektrod (SCE) användes som referenselektrod och en rektangulär platinafolie användes som motelektrod.

2.6. FTIR-spektra

FTIR-spektra registrerades i en Perkin-Elmer 1600 spektrofotometer. Filmen avlägsnades försiktigt, blandades noggrant med KBr, gjordes till pellets och FTIR-spektra registrerades.

3. Resultat och diskussion

3.1. Analys av resultaten av massförlustmetoden

Korrosionshastigheten (CR) för kolstål nedsänkt i brunnsvatten (vars sammansättning anges i tabell 1) i frånvaro och närvaro av inhibitorsystem anges i tabell 2. Inhibitionseffektiviteten anges också i tabellen. Det framgår av tabell 2 att det vattenhaltiga extraktet av vitlök är en bra inhibitor för kolstål i brunnsvatten. 2 mL vitlök visar 50 % IE. När koncentrationen av vitlöksextraktet ökar, ökar också IE. Det vill säga, vid högre koncentrationer påskyndar vitlöken korrosionsinhiberingen.

3.1.1. Inverkan av Zn2+ på vitlöksextraktets hämningseffekt

Inverkan av Zn2+ på vitlöksextraktets IE anges i tabell 2. I närvaro av Zn2+ (25 ppm) uppvisar vitlöksextraktet en utmärkt hämmande effekt. Exempelvis påskyndar 2 mL vitlöksextrakt korrosion av kolstål (IE=50 %); 25 ppm Zn2+ har 20 % IE, men kombinationen av dem har 70 %.

3.2. Analys av polariseringskurvor

De potentiodynamiska polariseringskurvorna för kolstål nedsänkt i brunnsvatten i frånvaro och närvaro av inhibitorer visas i figurerna 1(a) och 1(b). Korrosionsparametrarna anges i tabell 3. När kolstålet är nedsänkt i brunnsvatten är korrosionspotentialen -704 mV mot SCE (mättad kalomelelektrod). Korrosionsströmmen är 2,600×10-6 A/cm2. När 2 mL vitlöksextrakt och 25 ppm Zn2+ tillsätts till ovanstående system förskjuts korrosionspotentialen till den anodiska sidan (-690 mV mot SCE). Detta tyder på att denna formulering främst kontrollerar den anodiska reaktionen. I närvaro av inhibitorsystemet minskar korrosionsströmmen från 2,600×10-6 A/cm2 till 2,353×10-6 A/cm2. Detta tyder på att detta inhibitorsystem har en hämmande karaktär.

Figur 1

Polariseringskurvor för kolstål nedsänkt i (a) brunnsvatten och (b) brunnsvatten +2 mL vitlöksextrakt +25 ppm Zn2+.

3.3. Analys av FTIR-spektra

Den aktiva principen i ett vattenhaltigt extrakt av vitlök är allicin. Den består av S=O- och S-gruppen.

Få droppar av ett vattenextrakt av vitlök torkades på en glasplatta. En fast massa erhölls. Dess FTIR-spektrum visas i figur 2 a. Vinylgruppen framträdde vid 1026,28 cm-1. S=O framträdde vid 1026 cm-1 och S vid 1237,58 cm-1. Allicins struktur bekräftas således av FTIR-spektra (schema 1). FTIR-spektrumet för det komplex som framställts genom att blanda vitlöksextrakt och Zn2+ visas i figur 2(b). Bandet som beror på konjugerade dubbelbindningar skiftar från 3757,23 cm-1 till 3819,62 cm-1. Bandet vid 608,46 motsvarar Zn-O-sträckning. OH-sträckningsfrekvensen uppträder vid 3407,06 cm-1. Detta bekräftar bildandet av Zn(OH)2 på metallytans katodiska platser. Eftersom det finns en fullständig samordning mellan Fe2+ och allicin försvinner bandet som beror på komplexbildningen i FTIR-spektrumet för den film som bildats på kolstålets yta med vitlöksextrakt (figur 2(b)) .

(a)

(b)

(a)
(b)

3.4. Korrosionsinhibitionsmekanism

Massförluststudien visar att formuleringen bestående av 2 mL vitlöksextrakt + 25 ppm Zn2+ ger 70 % IE till kolstål nedsänkt i brunnsvatten. Polarisationsstudien avslöjar att denna formulering kontrollerar den anodiska reaktionen övervägande. FTIR-spektra visar att den skyddande filmen består av Fe2+-allicinkomplex och Zn(OH)2. För att förklara ovanstående fakta på ett holistiskt sätt föreslås följande mekanism för korrosionsinhibering: i) När formuleringen som består av brunnsvatten, vitlöksextrakt och Zn2+ framställs bildas Zn2+-allicinkomplex i lösningen. ii) När kolstålet sänks ner i lösningen diffunderar Zn2+-allicinkomplexet från lösningens huvuddel till metallytan. iii) På metallytan omvandlas Zn2+-allicinkomplexet till Fe2+-allicinkomplex. Zn2+ frigörs.(iv)Zn2+-allicin + Fe2+ → Fe2+-allicin + Zn2+.(v)Det frigjorda Zn2+ förenas med OH- för att bilda Zn(OH)2.(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2.(vii)Skyddsfilmen består således av Fe2+-allicinkomplexet och Zn(OH)2.

4. Slutsatser

Denna studie leder till följande slutsatser:(i)formuleringen som består av 2 mL vitlöksextrakt och 25 ppm Zn2+ ger 70 % hämningseffektivitet för kolstål nedsänkt i brunnsvatten,(ii)polarisationsstudien avslöjar att denna formulering kontrollerar den anodiska reaktionen övervägande,(iii)FTIR-spektra avslöjar att den skyddande filmen består av Fe2+-allicinkomplex och Zn(OH)2.

Acknowledgments

Författarna är tacksamma mot sina ledningar och University Grants Commission, Indien, för hjälp och uppmuntran.