Поляризационные сопротивление амино-и фосфатсодержащих ингибиторов в кислых и солевых средах

Polarization resistance of amino-and phosphate-containing inhibitors in acid and salt media
Цитировать:
Поляризационные сопротивление амино-и фосфатсодержащих ингибиторов в кислых и солевых средах // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Осербаева А.К. [и др.]. 2019. № 5 (59). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/7253 (дата обращения: 25.05.2022).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Электрохимическими и гравиметрическими методами исследования определены такие параметри, как ток коррозии, стационарный потенциал, скорость коррозии, степень защиты и установлена оптимальная температура процесса ингибирования и концентрация ингибиторов. Ингибиторное действие азот, амин и фосфорсодержащих соединений при постоянных рН обусловлено их адсорбционными свойствами и зависит от электронной плотности на атоме азота.

Исследованы изменения поляризационных сопротивлений и защитные свойства ингибиторов коррозии, содержащие амино-и фосфатные функциональные группы в солевых и кислых средах. Ингибирующие и остаточное защитные действия примененных органических ингибиторов–алкиламинов и фосфат диэтиламино-этилметакрилата остается на высоком уровне с изменением кислотности среды.

Основываясь на полученных результатов по изучению поляризационного сопротивления и поляризационных кривых, была поставлена серия опытов по изучению гравиметрических методов в различных солевых и кислых средах, концентрациях, температурах в присутствии различных ингибиторов коррозии сталей. Полученный защитный эффект при применение ингибиторов коррозии составил в зависимости от температуры среды 87,35÷98,81%.

ABSTRACT

Electrochemical and gravimetric methods of investigation determined such parameters as corrosion current, stationary potential, corrosion rate, degree of protection, and the optimal temperature of the inhibition process and the concentration of inhibitors were established. The inhibitory effect of nitrogen, amine and phosphorus-containing compounds at constant pH is due to their adsorption properties and depends on the electron density on the nitrogen atom. Changes in polarization resistances and protective properties of corrosion inhibitors, containing amino and phosphate functional groups in salt and acidic environments, are investigated. The inhibitory and residual protective effects of the applied organic inhibitors alkylamines and phosphate diethylamino-ethyl methacrylate remain high with changes in the acidity of the medium. Based on the obtained results on the study of polarization resistance and polarization curves, a series of experiments were conducted on the study of gravimetric methods in various salt and acid media, concentrations, temperatures in the presence of various steel corrosion inhibitors. The obtained protective effect with the use of corrosion inhibitors was, depending on the ambient temperature, 87.35 ÷ 98.81%.

 

Ключевые слова: ингибитор, поляризационная сопротивление, степень защиты, скорость коррозии, коэффициент торможения, кислотная коррозия, защитный эффект.

Keywords: inhibitor, polarization resistance, degree of protection, corrosion rate, drag coefficient, acid corrosion, protective effect.

 

Введение: В настоящее время применение ингибиторов коррозии признано наиболее эффективным способом снижения интенсивности коррозионного разрушения стальных конструкций и оборудований [1-3]. При этом универсальный ингибитор, отвечающий требованиям высокой эффективности, технологичности, токсико-логической безопасности и при этом получаемый экономически целесообразным способом, получить невозможно.

Ингибиторы коррозии используются для создания стойких покрытий и химических соединений, связывающих кислород или другие ионы, служат в качестве добавок в композициях, для создания покрытий в циркулирующих водных системах и т.п. Современная классификация ингибиторов в себя включает окислителей, т.е ингибиторов адсорбционного, комплексо-образующего и полимерного типа. Однако изучению амин и фосфат содержащих органических соединений как ингибиторы коррозии сталей и их поляризационные поведение в кислых и солевых средах не удалялось должного внимания.

Для измерения поляризационного сопротив­ления (Rпол) при электрохимической коррозии металлов в кислых и солевых средах применен измеритель скорости коррозии Р–5035И. Этот прибор предназначен для определения скорости коррозии () путем измерения Rпол. двух электродного коррозионного датчика на постоянном токе. Кроме этого примененный измеритель заменяет используемый в коррозионной практике гравиметрический метод, что он позволяет резко сократить время измерения и ввести экспрессметоды коррозионных испытаний, а также росту производительности экспериментов.

Измеритель предназначен для работы в закрытых помещениях при температурах окружающего воздуха от 20 до 35оС и относительной влажности до 80%. Прибор измеряет поляризационное сопротивление в диапазоне от 5 до 5000 Ом на трех диапазонах, т. е. 5÷50 Ом; 50÷500 Ом и 500÷5000 Ом. Значение напряжения постоянного тока при измерении Rпол и амплитуда напряжения переменного тока при компенсации сопротивления раствора на коррозионном датчике не превышает 10 мВ в момент равновесия в измерительной цепи.

Скорость коррозии зонда из исследуемых растворов рассчитывали по формуле:

, (г.А/см2)                                                              (1)

где Р – убыль в массе электрода, гр; n – валентность металла,

26,8 – число Фарадея, S – площадь электрода, см2,

 - время опытов, час; А – атомная масса металла.

Исследования проведены в фоновых растворах состава 3% NaCl (фон-1) и 5%Na2SO4+3%Н2SO4 (фон-2) и водопроводной воды (фон-3) при различных температурах. Растворы готовили из реактивов марки «х.ч.» на дистилляте. Электроды изготовлены из стали марки состава, %:Fe=98,36; C=0,20; Mn=0,50; Si=0,15; P=0,04; S=0,05; Cr=0,30; Ni=0,20; Cu=0,20. В качестве ингибиторов Ст.3. использовали азот, амин и фосфорсодержащие соедине-ния которые вводили в количестве 1,0 мг/л. Коэффициент торможения  и степень защиты Z рассчитывали по формулам:

                                                                     (2)

                                                             (3)

где ic и i'c – токи коррозии соответственно в отсутствии и присутствии ингибитора.

Исследование антикоррозионных свойств ингибиторов заключается в экспериментальном изучении поляризационного сопротивления стального электрода или зонда в растворе фона и в присутствии различных ингибиторов.

Результаты измерений поляризационного сопротивления стального зонда в слабокислых и солевых средах, а также в присутствии ингибиторов при Т=25оС, рН=6,2, а также при Т=70оС рН=5 представлены на рисунках 1,2 и 3. На этих рисунках а качестве примера приведены результаты измерений поляризационного сопротивления (Rпол.) стального зонда в присутствий ингибиторов: ИК-4 (CH2NH2+H3PO4); ИК-5 (СН3)2NH+H3PO4; ИК-6 (C2H5)2NH +H3PO4; ИК-7 (C4H9)3N+H3PO4 и ИК-8 (ДЭАЭМА+H3PO4) (диэтиламино-этилметаакрилад).

Из рис.1,2 и 3 видно, что введение в фоновый раствор индивидуальных ингибиторов увеличивает поляризационное сопротивление стального зонда. Такой результат указывает на резкое торможение электрохимического процесса и позволяет получить предварительные результаты об эффективности тех или иных видов ингибиторов. Увеличение температуры и кислотности коррозионной среды незначительно влияет на значение поляризационного сопротивления. Однако повышение температуре более 70оС приводит к уменьшению степени защиты металлов с использованием ингибиторов при коррозионных процесс.

 

 

Рисунок 1. Кривые поляризационного сопротивления стального электрода в фоновом растворе Ф-1 NaCI-3% (1) и в присутствии 0,001мг/л растворов ингибиторов: ИК-4 (2); ИК-5 (3); ИК-6 (4); ИК-7 (5) и ИК-8 (6), при Т= 25оС, рН=6,2.

 

 

Рисунок 2. Кривые поляризационного сопротивления стального электрода в фоновом растворе Ф-2 (Na2SO4-5%+Н2SO4-3%) при Т=25оС, рН=6,2.

 

 

Рисунок 3. Поляризационные сопротивления (Rn) стального электрода в фоновом растворе и в присутствии 0,001мг/л растворов ингибиторов: ИК-4(2); ИК-5(3); ИК-6(4); ИК-7(5) и ИК-8(6) при Е=80оС, рН=5

 

Ингибирование аминов при постоянных рН обусловлено их адсорбционными свойства и зависит от электронной плотности на атоме азота. Пренебрежимо низкий вклад гидрофобности аминов в торможение или депассивации стали может быть связан с тем, что при их адсорбции на металле разрушение гидратной оболочки не затрагивает расположенные на определенном расстоянии от реакционного центра заместители. Основываясь на данных поляризационных измерений, была проведена обработка результатов методом поляризационного сопротивления, данные которых представлены в таблицах 1-10. 

Таблица 1.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии амин содержащих ингибиторов (Т=25оС)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

ic,

ч·А/см2

 

 

 

Z, %

0

3

-

5

-

-

-

1

185

7.43

210

0,170

65,58

84,80

4

120

4,71

220

0,130

66,60

84,88

8

204

1,90

300

0,032

66,64

84,94

16

205

0,98

360

0,016

66,08

84,90

32

298

0,48

390

0,008

66,03

84,91

Примечание:где ИK-4-ингибитор –[CH3NH2+H3PO4] (20:80).

 

Таблица 2.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов (Т=25оС)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

2

-

4

-

-

-

1

185

7,43

220

0,181

75,58

86,15

4

189

4,71

270

0,125

76,65

86,30

8

204

1,90

310

0,035

78,89

87,35

16

205

0,98

380

0,014

78,86

87,30

32

298

0,48

430

0,004

78,85

87,30

где ИК-5-ингибитор - [(CH3)2 NH·H3PO4] (20:80).

 

Таблица 3.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов (Т=25оС)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

2

-

4

-

-

-

1

130

11,23

230

0,213

78,84

87,25

4

135

8,48

255

0,103

79,91

87,44

8

160

3,18

320

0,026

80,04

87,58

16

185

2,35

390

0,013

80,01

87,53

32

205

1,03

440

0,007

80,02

87,54

гдеИК-6-ингибитор-[(C2H5)2NH·H3PO4] (20:80).

 

Таблица 4.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов (Т=25оС).

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

3

-

4

-

-

-

1

132

11,23

260

0,191

79,96

87,44

4

149

5,24

280

0,051

82,23

87,86

8

160

3,18

310

0,024

82,21

87,84

16

185

2,35

330

0,015

82,19

87,81

32

205

1,03

410

0,005

82,20

87,83

гдеИК-7-ингибитор-[(C4 H9)3 N·H3PO4] (20:80).

 

Таблица 5.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов ИК-8 (T=25оC)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

4

-

5

-

-

-

1

124

18,44

220

0,183

75,61

86,51

4

135

10,25

250

0,138

83,41

91,85

8

143

7,38

270

0,125

85,60

93,62

16

152

1,98

360

0,012

85,80

93,64

32

153

0,97

450

0,08

85,70

93,63

гдеИК-8-ингибитор–ДЭАЭМА+H3PO4(20:80)

 

Таблица 6.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов ИК-4 (T=70 оC)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

3

-

6

-

-

-

1

174

8,08

198

0,165

66,03

86,47

4

181

7,71

205

0,143

66,24

86,58

8

185

3,86

308

0,118

66,20

86,52

16

182

1,92

345

0,096

66,19

86,48

32

179

0,48

346

0,053

66,18

86,46

гдеИК-4-ингибитор-[CH3 NH2+H3PO4] (20:80).

 

Таблица 7.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов ИК-5 (T=70оC)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

2

-

4

-

-

-

1

144

7,05

204

0,141

83,42

91,46

4

142

6,95

213

0,129

83,71

91,83

8

108

5,84

208

0,105

84,32

91,59

16

96

2,68

225

0,094

83,94

91,60

32

75

1,15

234

0,049

83,91

91,58

гдеИК-5-ингибитор-[(CH3)2NH+H3PO4] (20:80).

 

Таблица 8.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов ИК-6 (T=70оC)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

2

-

5

-

-

-

1

128

12,33

203

0,137

84,05

92,44

4

134

10,44

224

0,115

84,88

92,48

8

158

6,54

216

0,102

84,16

92,38

16

161

3,19

219

0,075

84,01

92,39

32

203

1,01

220

0,062

83,54

92,35

гдеИК-6-ингибитор [(C2H5)2· NH + H3PO4] (20:80).

 

Таблица 9.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов ИК-7 (T=70оС)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

3

-

4

-

-

-

1

126

12,13

239

0,204

84,88

93,33

4

134

10,09

205

0,138

85,64

93,38

8

143

6,85

199

0,113

85,61

92,84

16

169

2,25

203

0,104

85,33

93,05

32

195

1,91

204

0,101

85,14

93,11

гдеИК-7- ингибитор [(C4H9)3 N + H3PO4] (20:80).

 

Таблица 10.

Зависимость поляризационного сопротивления и скорости коррозии стали от времени в фоновом растворе (Ф-1) и в присутствии аминсодержащих ингибиторов ИК-8 (T=70оC)

 

,

(время,

сутки

 

Rn,[ом/см2]

в среде Ф-1

рН = 6,2

 

iск,

ч·А/см2

Rn, [ом/см2] в среде Ф-1

(рН =6,2) и в присутствии

ИК-4

 

ic,

ч·А/см2

 

 

 

 

 

Z, %

0

4

-

5

-

-

-

1

129

20,43

179

0,144

87,85

96,54

4

138

10,21

211

0,121

88,04

96,61

8

144

6,82

289

0,098

87,91

96,55

16

159

2,97

314

0,088

87,88

96,51

32

161

0,63

321

0,091

87,69

96,52

гдеИК-8-ингибитор–[ДЭАЭМА+H3PO4] (20:80).

 

Результаты расчетов значений коэффициента торможения () и степени защиты (Z) приведенные в таблицах 1-10 видно, что наиболее значительные результаты получены в присутствии 0,01 и 0,001 мг/л раствора ИК-5, ИК-6, ИК-7 и особенно при применение ИК-8 (ДЭАЭМА+H3PO4) (при Т=25оС и 70оС) при рН=6,2.

Основываясь на полученных результатов по изучению поляризационного сопротивления и поляризационных кривых, была поставлена серия опытов по изучению гравиметрических методов в различных солевых и кислых средах, концентрациях, температурах в присутствии различных ингибиторов коррозии сталей. Полученный защитный эффект при применении ингибиторов коррозии составил в зависимости от температуры среды 87,35÷96,61%.

 

Список литературы:
1. Семенова И.В., Флорианович Г. М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. –М.,2002, С.336.
2. Осербаева А.К., Нуруллаев Ш.П. Изучение защитных свойств новых ингибиторов коррозии сталей. Журнал «Точная наука». Сборник сталей международной естественнонаучной конференции, Кемерово, 2018, С. 3-8.
3. Осербаева А.К., Калядин В.Г., Акбаров Х.И. Защитны //Узбекский химический журнал, 2013, №2, - С. 34-36.
4. Патент США № 5082592. 21.01.1992. Ингибитор коррозии черных металлов в водных средах.
5. Гуро В.П. и др. Ингибиторы коррозии стали для защиты теплообменного оборудования системы оборотного водоснабжения АНП 3 //Узбекский химический журнал. –Ташкент, 2004. №4, - С. 60-65.
6. Килимник А.Б., Гладышева И.В. Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии //Учебное пособие. –Тамбов, 2008, С.80.

 

Информация об авторах

ассистент, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан г. Ташкент

Assistant, Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent

канд. хим. наук, профессор. Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан г. Ташкент

Candidate of Chemical Sciences, Professor, Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р хим. наук, профессор. заведующий лабораторией Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of chemical Sciences, Professor. Head of laboratory Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of sciences of the Republic of Uzbekistan, Tashkent, Uzbekistan

 

докторант, Институт общей и неорганической химии А.Н Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г.Ташкент

 

doctorate of the Institute of General and Inorganic Chemistry of A.N. of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top