Оценка эффективности ингибирования коррозии фосфорсодержащего олигомера

АННОТАЦИЯ

В статьи исследовано ингибирование коррозии стали фосфорсодержащими олигомерными ингибиторами. Установлено, что поляризационные данные при 500 мг/л фосфорсодержащего олигомера PSK-1 в 1M HCl имеют значительно более высокую эффективность ингибирования, равную 97,76% соответственно.

ABSTRACT

The article investigates the inhibition of steel corrosion by phosphorus-containing oligomeric inhibitors. It was found that the polarization data at 500 mg/L of the phosphorus-containing oligomer PSK-1 in 1M HCl have a significantly higher inhibition efficiency of 97.76%, respectively.

Ключевые слова: ингибиторы коррозии, коррозия металла, фосфор(V)-хлорид, циануровая кислота.

Keywords: corrosion inhibitors, metal corrosion, phosphorus (V) -chloride, cyanuric acid.

1. Введение. Углеродистая сталь является одним из наиболее широкомасштабных материалов в промышленности благодаря их высокой доступности, физико-химическим характеристикам и относительно низкой стоимости [1]. Эти характеристики гарантируют широкое использование углеродистой стали в нескольких областях, таких как химическая обработка, пространственное строительство, обработка металлов, морская вода и нефтепереработка [2]. Коррозию подложек можно предотвратить или свести к минимуму, введя соединения фосфорсодержащих полимеров и олигомеров в агрессивную среду [3]. Добавление полимерных химических соединений в коррозионный раствор для уменьшения коррозии  (HCl, H₂SO₄, H₃PO₄ и HNO₃) обозначается как ингибитор коррозии за счет образования защитного слоя на поверхности стали, и эта форма защиты от коррозии называется ингибированием [4]. Кроме того, фосфорсодержащие полимеры адсорбируются на поверхности стали за счет физической, хемосорбционной и/или физико-химической адсорбции [5]. Химическая адсорбция распределяет или передает нагрузку от фосфорсодержащего полимера на поверхность металла, что приводит к развитию ковалентной связи координированного типа. Однако, физическая адсорбция - это Ван-дер-Ваальсовое и электростатическое взаимодействие между загруженными фосфорсодержащими полимерами и металлической поверхностью загрязненного металла. Фосфорсодержащие полимеры, имеющие активные центры (особенно гетероатомы, такие как O, N и S), ароматические кольца, эпоксидные группы, атомы фосфора и π-электроны, могут быть использованы в качестве ингибиторов коррозии стали [6].

Целью данной статьи является исследование фосфорсодержащего олигомера как ингибитора коррозии углеродистой стали в агрессивном растворе (1M HCl). Влияние фосфорсодержащего олигомера на осногве фосфор (V)-хлорида с циануровой кислотой (PSK-1) при различных концентрациях оценивали с использованием потенциодинамической поляризации.

Экспериментальная часть. В эксперименте были испытаны образцы углеродистой стали следующего химического состава (массовые %): 0,19 углерода, 0,075 марганца, 0,055 фосфора, 0,625 железа, 0,047 серы и 0,008 других. Использованный раствор (1M HCl) исследовали на основе 37%-ой HCl с использованием разбавления бидистиллированной водой. Реализован диапазон концентраций от 100 мг/л до 500 мг/л, а поверхность используемой углеродистой стали составляет 1 см². Структура исследуемого фосфорсодержащего олигомерного ингибитора PSK-1 представлена на схеме 1.

Схема 1. Синтез фосфорсодержащего олигомера PSK-1.

Устройство для электрохимических измерений состоит из трех электродных ячеек, а именно противоэлектрода (платина), электрода сравнения (Ag/AgCl) и рабочего электрода (углеродистая сталь) соответственно. Электрохимическое измерение подключено к аппарату СП-200 с амплитудой сигнала (10 мВ) [6].

Полученные результаты и их обсуждение. Графики Тафеля были составлены для более глубокого понимания кинетики реакций катодной и анодной коррозии. Графики потенциодинамической поляризации образца углеродистой стали в агрессивном растворе (1M HCl) без ингибитора и с различными концентрациями фосфорсодержащего олигомера после 30 минут погружения при 298 K показаны на рис. 1. Соответствующие переменные электрохимической коррозии, такие как плотность тока коррозии (i_corr), потенциал коррозии (E_corr), эффективность ингибирования (η_Тафель (%)), катодная (β_c) и анодная (β_a) постоянные Тафеля определяются по наклону Тафеля и показаны в таблице 1. Известно, что электрохимическая реакция углеродистой стали в 1M растворе HCl без ингибитора - это катодные реакции, связанные с протонным восстановлением (уравнение 1) и реакцией анодного растворения железа (уравнение 2). Эффективность ингибирования коррозии (η_тафель (%)) рассчитывалась по формуле 3.

2H⁺ + 2e⁻ ↔ H₂                                                                             (1)

Fe ↔ Fe²⁺ + 2e⁻                                                                           (2)

η_Тафель (%) = (1 – i_inh/i₀)×100                                                                (3)

где i₀ и i_inh - плотность тока коррозии не ингибированная и плотность тока коррозии, подавляемая различными концентрациями PSK-1, соответственно.

Таблица 1.

Различные поляризационные параметры для углеродистой стали не ингибируются и не ингибируются различными концентрациями PSK-1 при 298 К.

Рисунок 1. Поляризационные кривые углеродистой стали в 1M HCl, не ингибированные и ингибированные различными концентрациями PSK-1 при 298 К

Электрохимические параметры могут быть рассчитаны на основе графиков Тафеля [3]. Плотности тока катодной и анодной коррозии значительно уменьшились с увеличением концентрации PSK-1 в 1M HCl, что указывает на то, что фосфорсодержащий олигомерный ингибитор может также влиять на катодные и анодные реакции (уравнения 1 и 2). Как показано в таблице 1, плотности тока коррозии указывают на значительное уменьшение с увеличением концентрации PSK-1. В результате предполагается, что повышение PSK-1 сводит к минимуму растворение железа. Смещение потенциала коррозии (E_corr) оценивали согласно формуле 4, значения E_corr незначительны или равны нулю. Кроме того, вероятность коррозии вызвана геометрическим препятствием на поверхности углеродистой стали при использовании фосфорсодержащего олигомера. Если значения E_corr ниже 85 мВ, ингибитор можно рассматривать как ингибитор смешанного типа [4]. В случае, когда значение E_corr было отрицательным ниже -85 мВ, фосфорсодержащий олигомер можно отнести к типу катодного ингибитора, тогда как положительное значение выше +85 мВ можно было бы предположить как тип анодного ингибитора [4]. В этой статье значение E_corr полимера составляло -451,7 мВ, поэтому он классифицирован как ингибитор смешанного типа. Добавление фосфорсодержащего олигомера PSK-1 к 1M раствору HCl существенно повлияло на наклон катодной ветви, снижение плотности тока коррозии катодной ветви может указывать на то, что механизм образования водорода был изменен за счет адсорбции PSK-1 на поверхности металла.

ΔE_corr = E_corr - E₀                                                                         (4)

где E₀ и E_inh означают, что потенциал коррозии не ингибируется и потенциал коррозии ингибируется различными концентрациями PSK-1, соответственно.

Заключение. Таким образом, эффективность ингибирования коррозии фосфорсодержащего олигомера (PSK-1) на углеродистой стали была исследована в агрессивном растворе с использованием потенциодинамической поляризации. Поляризационные параметры при 500 мг/л фосфорсодержащего олигомера PSK-1 в 1M HCl имеют значительно более высокую эффективность ингибирования, равную 97,76% соответственно, а также эффективность ингибирования фосфорсодержащего олигомера PSK-1 возрастает с увеличением концентрации ингибитора.

Список литературы:

1. Нуриллоев З.И., Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Исследование ингибирование коррозии стали 20 в 1М растворах H₂SO₄, исследованных методом атомно-абсорбционной спектрометрии // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2019. No 2(59). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6947  
2. Hsissou R, Benassaoui H, Benhiba F, Hajjaji N, Elharfi A. Application of a new tri functional epoxy prepolymer: triglycidyl Ether Ethylen of Bisphenol A (TGEEBA) in the coating of E24 steel in NaCl 3.5%. J. Chem. Tech. Metall 2017;52:431–8.
3. Mohagheghi A, Arefinia R. Corrosion inhibition of carbon steel by dipotassium hydrogen phosphate in alkaline solutions with low chloride contamination. Constr Build Mater 2018;187:760–72.
4. Киёмов Ш.Н. Джалилов А.Т. Бекназаров Х.С. Нарзуллаев А.Х. Ражабова М.Ф. Ингибиторы коррозии АИК-1 и АИК-2 в агрессивных средах // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 7 (64). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/7608
5. Нарзуллаев А.Х. Сирожиддинов И.Л. Мухсинова Н.Э. Бекназаров Х.С. Синтез и использование новых типов ингибиторов коррозии на основе кортональдегида // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 2(83). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11272
6. Athira R, Poongothai N, Neena PK, Babu TGS, Stanley J. Study of corrosion protection effect of low cost bio extractpolymer coating material for mild steel in acidic and marine Environments-a cost effective approach. Int J Eng Technol 2018;7:315–21.