Изучение ингибирующих свойств 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана

АННОТАЦИЯ

Данная статья направлена на выявление ингибиторных свойств в молекуле 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана (МАД-20).

ABSTRACT

This article is aimed at identifying the inhibitory properties of the 2,7-dimethyl-2,7-dicyanide-3,6-diazaoctane molecule. (MAD-20).

Ключевые слова: ингибитор, коррозия, хроматография, спектр, электроны, агрессивная среда, гравиметрия, адсорбент.

Keywords: inhibitor, corrosion, chromatography, spectrum, electrons, aggressive medium, gravimetry, adsorbent.

Применение ингибиторов в нефтегазовой промышленности является эффективным средством снижения коррозионных разрушений. Эксплуатация сероводородсодержащих месторождений выдвинула целый ряд вопросов, касающихся эффективности применения ингибиторов коррозии [3; 5].

Целью исследования является получение и применение новых азотосодержащих ингибиторов коррозии на основе молекулы 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана и разработка технологии получения ингибиторов коррозии на их основе.

Для выполнения задачи данной работы необходимо было синтезировать молекулу 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана (МАД-20). Для этого мы проводили реакцию конденсации ацетонциангидрина с этилендиамином в соотношениях 2:1 моль. Схематическое изображение реакцию приведено ниже:

Соединения 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана (МАД-20) является кристаллическим веществом светло-желтого цвета, температура плавления – 53–54 °C. Выход основного продукта составляет 89 %. Чистота и ход реакции контролировались тонкослойной хроматографией на пластинке «Silufol», в системе бензол:ацетон (2:1).

Таблица 1.

Физико-химические константы ингибитора МАД-20

Синтез 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана

В плоскодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой, помещали 0,058 моль этилендиамина и 30 мл гексана. Содержимое колбы с помощью магнитной мешалки перемешивалось в течение 20 минут. Затем с помощью длительной воронки при комнатной температуре в течение 2 часов по каплям прибавляем 5,5 мл (0,058 моль) ацетонциангидрина. Содержимое колбы еще перемешиваем 1 час. После этого растворитель отгоняем в вакууме, после чего с помощью вакуумной перегонки отгоняем продукт реакции. Выход основного продукта 89 % (6,6 г). Температура плавление: Т_пл. = 53–55 °C. После отгонки растворителя делают хроматографию на пластинке «Silufol». Для определения R_f константы использовалось из бензола и ацетона в соотношениях 2:1. R_f = 0,500.

Гравиметрический метод. Этот метод оценки скорости коррозии заключается в измерении и истечении определенного времени потери массы металлических образцов, помещенных в агрессивную среду. Испытания проводились при комнатной температуре на образцах из пластинчатой стали Ст235 размером высотой 100 мм, шириной 15 мм и толщиной 20 мм. Образцы подвешивались на капроновой леске в стаканы и помещались в растворы 15 %-ной серной кислоты, который содержал ингибиторы и не содержал раствор. Содержимое стакана перемешивалось с помощью магнитной мешалки. По истечении времени опыта образцы для снятия продуктов коррозии промывали в струе холодной воды, обрабатывали специальным моющим раствором, обезжиривали бензолом, выдерживали в эксикаторе и после этого образцы взвешивали. Скорость коррозии рассчитывали по изменению массы образцов до и после испытаний по следующей формуле:

где m₁ – масса образца до испытания, г;

m₂ – масса образца после испытания, г;

S – площадь поверхности образца, м²;

t – продолжительность опыта, час.

Защитное действие ингибитора коррозии (Z%) определяли по формуле:

где К₀ – скорость коррозии образцов в присутствии ингибитора, г/м²;

К – скорость коррозии образцов.

Ниже приведена фотография пластинке Ст235 образцов после 96-часового опыта.

Рисунок 1. Образцы после 96-часового опыта Ст235 в растворах 15 %-ной H₂SO₄ с ингибиторами и без ингибитора

Результаты (Results). В данной работе предлагается создание физико-химических и технологических основ получения ингибиторов коррозии на основе молекулы 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана (МАД-20). Для этого изучены и установлены структура и состав молекулы 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана [4; 2; 6].

Для получения рентгеноструктурных данных использовались диффрактометры Xcalibur Ruby (CCD) и Crystal. Для снятия и установления структуры были получены кристаллы с размером 0,60 × 0,50 × 0,05 мм. Данные рассчитаны 300 К. Рентгеноструктурная формула 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана следующая [1; 7].

Рисунок 2. Рентгеноструктурная формула 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана

Кроме того, были получены ИК-спектры 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана. Структура 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана установлена данными ИК-, и ЯМР-спектроскопией, и результаты полученных данных следующие: ν_s(CN) 2220 см^–1, ν_s(NH) 2988 см^–1, ν_as(CH₃) 2942 см^–1, ν_as(CH₂) 2853 см^–1, p(C-C) 1464–1627 см^–1, γ(NH) 763,783 см^–1, δ(CH₃) 1441 см^–1, δ(CH₂) 1385 см^–1; 1H ЯMR-спектри (8, м.у.) 1.40 (s, 6H, –(СН3)2), 2.74 (m, 4H, N–CH2 CH2–N).

Таблица 2.

Сравнение ИК-спектров 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана

Для детального изучения и получения данных нами было изучено распределение электронных плотностей в молекуле по атомам 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана. Эта работа осуществлена по методу молекулярным электростатическим потенциалом в интервале от –1.004 эВ до +1.004 эВ.

Рисунок 3. МЭП поверхность 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана

Из данных рисунок видно, что самые высокие электронные плотности наблюдаются в зеленых и красных участках в молекуле 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана. Эти участки относятся к вакантным электронам функциональных групп N≡C и NH в молекуле, и по химическим свойствам они создают реакционный центр электрофильной заряженной частице. Эти участки в реакциях нуклеофильного замещения отталкивают отрицательно заряженные частицы. Кроме того, в сильнокислых средах молекула заряжается положительно, и за счет положительно заряженных групп NC и NH возникает электростатическая адсорбция на поверхности железа. Кроме того, на рисунке 3 имеется черные пятно, и это место является электрона дефицитные место молекуле. Целью лабораторных исследований является всестороннее изучение свойств ингибитора коррозии 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана (МАД-20). Ингибирующие свойства 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана исследовались гравиметрическим методом при комнатной температуре на образцах из пластинчатой стали Ст235 высотой 100 мм, шириной 15 мм и толщиной 20 мм в разных концентрациях. Агрессивной средой служила 15 %-ная H₂SO₄. Полученные результаты исследования обобщены в виде таблицы 3.

В таблице 3 приведены ​​сведения о скорости коррозионного процесса и степени защиты ингибитора МАД-20.

Таблица 3.

Эффективность ингибитора МАД-20 в растворе 15 %-ной H₂SO₄ при температуре 20 °C

Из результатов, приведенных в таблице, видно, что изучаемый ингибитор МАД-20 с добавлением 100 мг/л в 15 %-ной серной кислоты в течение 96 часов проявляет высокие ингибирующие свойства (93,56–96,8 %). Защитный эффект ингибитора МАД-20 при концентрации 250 мг/л в течение 96 часов составляет 96,95 % и при концентрации 500 мг/л равен 98,60 %. Это указывает на то, что эффективность ингибитора при температуре 20 °C увеличивается параллельно с увеличением концентрации. Таким образом, данная статья направлена на раскрытие нового типа ингибитора и изучение его антикоррозионных способностей в молекуле 2,7-диметил-2,7-дицианид-3,6-диазаоктана в агрессивных средах.

Список литературы:

1. Рахмонкулов М.Т., Салохиддинов Ф.А. Получение антикоррозионных материалов на основе местного сырья для нефтетранспортирующих трубопроводов // Молодой ученый. – 2016. – № 13 (117). – С. 207–210.
2. Технология переработки тяжелых нефтей и нефтяных остатков путем применения криолиза / И.Э. Абдирахимов, А.Т. Курбанов, Ф.Э. Буронов, А.Х. Самадов // Аллея науки. – 2019. – № 3 (12). – С. 310–314.
3. Corrosion of carbon steel pipes and tanks by concentrated sulfuric acid: a review / Z. Panossian, N.L.d. Almeida, R.M.F.d. Sousa, G.d.S. Pimenta [et al.] // Corros. Sci. – 2012. – № 58. – P. 1–11.
4. Experimental evaluation of quinolinium and isoquinolinium derivatives as corrosion inhibitors of mild steel in 0.5 M H₂SO₄ solution / S.M. Elhadi, M. Bilel, B. Abdelmalek, C. Aissa // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. – 2016. – № 52. – P. 731–736.
5. Osman M.M., Shalaby M.N. Some ethoxylated fatty acids as corrosion inhibitors for low carbon steel in formation water // Mater. Chem. Phys. – 2003. – № 77. – P. 261–269.
6. Rakhmatova G.B., Kurbanov М.J., Xidirova Z.U. Studius of the anticorrozive properties of sulfur containing bicyclica aminoketones // Joornal of Critical Reviews. – 2020. – Vol 7., Isue 3. – P. 63–68.
7. Study of inspactive properties against corrosion of α-aminocetones and their products / G.B. Rakhmatova, М.J. Kurbanov, N.B. Turabayeva, G.K. Tursunova // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. – 2020. – № 5–6. – P. 54–59.