ПОЛУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ ИЗ ВТОРИЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОДУКТОВ, ИЗУЧЕНИЕ УРОВНЯ ЗАЩИТЫ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ

АННОТАЦИЯ

Защитное действие органических ингибиторов, содержащих азот, фосфор и серу, весьма разнообразно и каждый из них имеет относительно специфический механизм. В результате образования защитного слоя, который растет на поверхности стальной пластины, окисление поверхности также уменьшается, в результате чего защитные свойства увеличиваются. Исследованные ингибиторы показали высокую эффективность в замедлении процесса коррозии стальных образцов в кислых и нейтральных условиях. Отличием этих ингибиторов от других ингибиторов является их низкая концентрация, сохранение эффективности в различных средах и условиях, высоких температурах, нетоксичность и безопасность для окружающей среды.

ABSTRACT

The protective effect of organic inhibitors containing nitrogen, phosphorus and sulfur is very diverse and each of them has a relatively specific mechanism. As a result of the formation of a protective layer that grows on the surface of the steel plate, surface oxidation is also reduced, resulting in increased protective properties. The inhibitors studied showed high efficiency in slowing down the corrosion process of steel samples under acidic and neutral conditions. The difference between these inhibitors and other inhibitors is their low concentration, retention of effectiveness in various environments and conditions, high temperatures, non-toxicity and safety for the environment.

Ключевые слова: ингибиторы коррозии, коррозия металла, содержащие фосфор, серу микрогальванических, этиленгликол, агрессивных компонент.

Keywords: corrosion inhibitors, metal corrosion, containing phosphorus, microgalvanic sulfur, ethylene glycol, aggressive components.

Введение. В мире коррозия металлов, в том числе углеродистой стали, является серьезной проблемой во многих отраслях промышленности, особенно во время таких процессов, как травление и кислотная промывка стали. Поэтому, разработка ингибирующих композиций имеет важное теоретическое и практическое значение. Одним из способов защиты металлов от коррозии является использование органических ингибиторов, которые представляют собой гетероциклические соединения, содержащие фосфор, серу, азот и имеющие π-связи.

В настоящее время в мире ведутся работы по разработке новых полифункциональных композиций, ингибирующих коррозию, направленных на получение экологически чистых ингибиторов коррозии из вторичных промышленных продуктов и эффективности использования фосфор-, сера-, азот содержащих ингибиторов коррозии. В этом аспекте определенный научный и практический интерес представляют гетероциклические соединения, содержащие функциональные группы фосфора, серы, кислорода или азота. При этом фосфор, азот, кислород или серосодержащие композиции могут быть использованы с целью получения высокоэффективных ингибиторов коррозии. Поэтому изучение процессов синтеза этих композиций, их физико-химические характеристики, а также возможные области применения и разработка технологии их получения являются важными [1].

Экспериментальная часть. Синтез композиций, ингибирующих коррозию, на основе этиленгликоля и аддукта ИК-3, ИК-4 В трехгорлую колбу, снабжённую мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружали 15 г фосфорной кислоты, 2,5 г окиси цинка и 10 г мочевины. Полученный аддукт нагревали до температуры 120^оС до образования жидкой гомогенной смеси и прибавляли при перемешивании 12г этиленгликоля. Затем смесь нагревали до полного получения однородной массы (1час, 120^oC). Потом охлаждали температуру реакционной массы до 100°С и добавляли 6 г растительного масла. Реакционную смесь при непрерывном перемешивании при температуре 150°С выдерживали в течение 1 часа. Затем охладили продукт до комнатной температуры. Среда синтезированного ингибитора коррозии составляет рН-6,5-7,5.

Результаты и обсуждение В условиях перемешивания среды скорости коррозии в неингибированных растворах значительно возрастают, что связано с удалением продуктов коррозии с поверхности и снятием диффузионных ограничений при подводе коррозионно- агрессивных компонентов среды (таблица 1).

Таблица 1.

Скорость коррозии стали и Z ингибиторов (150 мг/л) в средах, содержащих Н₂S (350 мг/л), без перемешивания (БП), при перемешивании (П) и в присутствии углеводородной фазы (ДТ) 240 часов

Исследования показали, что скорость коррозии сталей в этом случае уменьшается в 5-20 раз по сравнению с неочищенными стальными поверхностями и в 2-3 раза по сравнению с очисткой без последующего ополаскивания раствором ингибитора [2].

Показана экологическая безопасность применения разработанных ингибиторов в системах водоснабжения и циркулирующих оборотных водах, а также в нефте- и газо-химической промышленностях, определена их эффективность, составляющая 95,15 %.

Исследования проводились при различных концентрациях ингибиторов. По результатам исследований оптимальная концентрация ингибиторов составляет 50 мг/л. По результатам исследований, проведенных при концентрациях 150, 250, 350, 450, 650 мг/л, в ходе экспериментов установлено, что уровень защиты значительно возрастает с увеличением концентрации, а затем остается практически неизменным (таблица 2) [3].

Поэтому в научных исследованиях ингибиторы использовались в концентрации 50 мг/л.

Таблица 2.

Степень защиты от коррозии ингибиторов при 40°С зависит от концентрации.

Рисунок 1. График зависимости ингибиторов от концентрации

Использование антикоррозионных средств является одним из наиболее эффективных способов предотвращения коррозионного процесса. Коррозия замедляет (накопление шлака на поверхности металла) или ускоряет процесс (за счет образования микрогальванических пар в чистых металлах за счет активных продуктов реакции, примесей) и предотвращает коррозию В таких случаях это делается путем измерения средней скорости коррозии за определенный период времени гравиметрическим методом. Эксперименты (международный стандарт ГОСТ 9.514-99) проводят путем погружения металлических образцов в ингибирующие растворы.  Если реакция плавления металла протекает быстро и поверхность кислоты контактирует с воздухом, то деполяризационная растворимость водорода в стали составляет 93-95%. В таких случаях результаты эксперимента снижаются на 5-7% [4].

Гравиметрический метод показывает высокую точность определения эффективности ингибиторов при проведении экспериментов в разных температурных диапазонах и при разных концентрациях ингибиторов. В то же время для определения эффективности ингибитора требуется длительное время. Ингибирующие свойства синтезированных соединений изучены в различных температурных и концентрационных интервалах различных агрессивных сред.  В эксперименте были выбраны композиты ИК-1, ИК-2,

ИК-3 и ИК-4. Ингибирующие свойства этих соединений определяли гравиметрически на металлической пластине из нержавеющей стали СТ-20 размером 30х15х12мм. В качестве агрессивной среды были выбраны 0,2 М раствор HCl (рН = 4,95), 0,2 М раствор H2SO4 (рН = 5,85) и раствор NaCl 250 мг/л (рН = 7). Данные, полученные в результате исследования, представлены в таблице 3 [5].

Таблице 3.

Значения эффективности ингибиторов ИК-1, ИК-2, ИК-3 в растворах ИК-4 при 40°С.

Как видно из таблицы-3, в растворах ингибиторов ИК-3 и ИК-4 при 40°С эффективность ингибирования ингибитора возрастала параллельно с увеличением концентрации и времени ингибитора. По результатам можно сказать, что ингибирующая способность ингибиторов ИК-3 и ИК-4 в растворах высока [6].

Рисунок 2. График зависимости полученных ингибиторов от концентрации

Если проанализировать ингибиторы ИК-3 и ИК-4 на основании данных таблицы 3 выше, то выявленные ингибиторы составили 96,98% при очень низких концентрациях (через 240 часов) в агрессивной среде 650 мг/л [7].

Заключение. В результате адсорбции ингибиторов ИК-1, ИК-2, ИК-3 и ИК-4 на поверхности стали с помощью координационных и ковалентных связей наблюдалось образование продуктов, аналогичных комплексным соединениям с кристаллической структурой.  Появление кристаллов на поверхности отожженной стали привело к резкому снижению уровня коррозии и максимальному повышению устойчивости к различным воздействиям окружающей среды [8].

Из представленных данных можно сделать вывод, что оборудование и строительные материалы, изготовленные из стальных материалов, очень быстро корродируют в кислых, агрессивных и нейтрально-солевых средах.  Поэтому считается целесообразным использовать эффективные ингибиторы для предотвращения такого ухудшения состояния и экономического ущерба. Для этого одной из важнейших задач является создание и производство нового типа экологически чистого, дешевого и высокоэффективного ингибитора.

Список литературы:

1. Кузнецов М.В., Новоселов В.Ф., Тугунов П.И., Котов В.Ф. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1992. - 238 с.
2. Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Изучение антикоррозионных свойств новых олигомерных ингибиторов коррозии // Композиционные материалы. 2014. -№3. –С. 20-24.
3. Нарзуллаев А.Х., Бекназаров Х.С., Ниёзкулов Ш.Ш Cинтез растворимой ингибирующей коррозии в воде, нефти, газовом конденсате, содержащем аминокислоты, и изучение влияния алюминия на металл Universum: технические науки 2020 Выпуск журнала «Universum: технические науки» №6(75).
4. Нарзуллаев А.Х. Создание новых типов многофункциональных композиций ингибиторов коррозии на основе фосфора, серы, азота, в том числе кратоновых альдегидов // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. № 12(93). С. 14–16. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12768
5. Frenier W.W., Growcock F.B., Lopp V.R. α-Alkenylphenones-a new class of acid corrosion inhibitors Corrosion 44. 1988. P. 590–598.
6. Zhang G., Chen C., Lu M., Chai C., Wu Y. Evaluation of inhibition efficiency of an imidazoline derivative in CO2-containing aqueous solution // Mater. Chem. Phys. Vol. 105. 2007. P. 331–340.
7. G. Rakhmatova Gravimetric determination of the inhibitory property against metal corrosion of substances obtained on the basis of thiaindan and thiochroman α-amino ketones  Universum: технические науки: научный журнал. – № 10(103). Часть ISSN :2311 -5122 DOI:10.32743/UniTech.2022.103.
8. G. Rakhmatova  Industrial use and effectiveness determination of inhibitors based on bisiclic organic sulfur compounds. Universum: технические науки: научный журнал. – № 12(1 17). Часть 8., http://7universum.com/ru/tech/archive-/category-/12117 ISSN : 2311 -5122  DOI: 10.32743/UniTech.2023.117.12