МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИХ СОБОЙ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ СЕРУ, АЗОТ И Р-СВЯЗИ

АННОТАЦИЯ

В литературе многие органические соединения признаны хорошими и эффективными ингибиторами коррозии; они содержат гетероатомы (азот, кислород, сера, фосфор) и ароматические кольцевые связи. Это нетоксичные ингибиторы коррозии, количество которых в агрессивной среде может блокировать металлы и их разрушение. Ключевые моменты, которые определяют уровень эффективности ингибирования в этих функциональных группах, состоят из наличия неподеленных пар электронов и слабосвязанных пи-электронов. Исследования выявили несколько важных факторов, ответственных за адсорбционную силу этих ингибиторов; это, но не ограничивается химическими и структурными особенностями адсорбированных слоев.

ABSTRACT

In the literature, many organic compounds are recognized as good and effective corrosion inhibitors; they contain heteroatoms (nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus) and aromatic ring bonds. These are non-toxic corrosion inhibitors the amount in the aggressive environment has the ability to block metals and their corrosion. The key points that define the level of inhibition efficiency  in these  functional  groups  consist  of  the  presence  of  lone  pairs  of  electron  and  slackly  bound  pi electrons. Studies  have  revealed  some  significant  factors  that  are  responsible  for  the  adsorption  strength  of these inhibitors; they are, but not limited to chemical and structural features of the adsorbed layers.

Ключевые слова: ингибиторы коррозии, коррозия металла, содержащие фосфор, серу, азот и имеющие π-связи, пиперидин.

Keywords: corrosion inhibitors, metal corrosion, containing phosphorus, sulfur, nitrogen and having π-bonds, piperidine.

Введение. Сегодня важно создать экологически чистые, нетоксичные, биоразлагаемые ингибиторы, которые будут высокоэффективными в очень агрессивной среде даже в низких концентрациях. Одним из основных вопросов сегодня является использование органических полуароматических систем, содержащих серу, азот, фосфор и синтез на их основе эффективных ингибиторов коррозии металлов. Одна из основных задач нефтегазовой и химической промышленности, это рекомендовать на производство и использование в производственной практике ингибиторов коррозии на основе результатов анализа механизма действия этих ингибиторов на коррозионный процесс металлов [1].

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 [4].

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 коррозийных ингибиторов [5]. 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. Таким образом, изучение процессов синтеза вышеупомянутых композиций, их физико-химические характеристики, а также возможные области применения и разработка технологии их получения являются особенно актуальными [2].

Экспериментальная часть. Защитное действие ингибиторов коррозии (Z,%) находили по разнице массы контрольной пробы в растворе с ингибитором коррозии и без него и рассчитывали по следующей формуле:

Здесь: К₀ – скорость коррозии образца без присутствия ингибитора, г/ м².с;

 Скорость коррозии образца в присутствии К-ингибитора, г/ м².с; 

Коэффициент защиты (эффект) ингибиторов коррозии (г) рассчитывали по следующей формуле:

Значение K образца без ингибитора.

K^и — значение образца в присутствии ингибитора.   

При определении скорости коррозии ее рассчитывают также по толщине металла. Этот метод также известен как индекс глубины коррозии, и его единица измерения — мм/год.

Классификация металлов по коррозионной стойкости определялась по 10-балльной шкале (ГОСТ 13819-68) [3]. Глубину коррозии находят по следующей формуле:

Кч – глубина коррозии;

Ρ – плотность металла, г/см³;  (Ст.3= 7,85 г / см³);

8760 – количество часов в году;

В ходе исследований были изучены ингибирующие свойства следующих синтезированных соединений в различных температурных диапазонах и концентрациях разных агрессивных сред. Ингибирующую способность определяли гравиметрическим методом на железном электроде из трубчатой ​​стали Ст-3 размером 40х20х3 мм, высотой 20 мм, площадью поверхности 0,0314 см².   В качестве агрессивных сред использовали 15 % HCl и 20 % H₂SO₄, 1M растворы HCl и 1M H₂SO₄. Данные, полученные в результате исследований, представлены в таблице 1 ниже.

Таблица 1.

Уровень эффективности ингибиторов ИК-1, ИК-3 и ИК-4 в 15% растворе HCl и 20% растворе H₂SO₄ при 35 ⁰С

В 15 % НС1 и 20 % H₂SO₄ растворах ИК-1 при температуре 35 ⁰С эффективность ингибирования возрастает параллельно с увеличением концентрации ингибитора и времени. По результатам можно сказать, что ингибирующая способность замедлителя ИК-1 в растворе серной кислоты выше, чем в растворе соляной кислоты. Образец стали марки Ст.3 в растворе 15 % HC1 и 20 % H₂SO₄ при температуре 35 ⁰С имеет коэффициент коррозии ИК-1 при концентрации 10-4 моль/л (25 мг/л). , скорость плавления металла быстро снижается [7]. В 15 % растворе соляной кислоты, считающейся агрессивной средой, эффективность ингибитора типа ИК-4, то есть замедлителя, содержащего морфолиновый радикал, составляет 98,7 % представитель ИК-3 того же соединения составляет 97,42 %. Это указывает на то, что ингибитор, содержащий морфолиновый фрагмент, проявляет более высокую эффективность ингибирования по сравнению с ингибитором, содержащим в молекуле пиперидин. При сравнении ингибирующего действия тех же соединений в 20 %-ной серной кислоте, которая является агрессивной средой, эффективность ингибитора, содержащего морфолиновый фрагмент, составила 98,91 % при 50 мг/л, а уровень эффективности ингибитора составил ИК-3. Ингибирующая эффективность исследованных замедлителей ИК-3 и ИК-4 была выше в серной кислоте, чем в соляной, которая считается агрессивной средой.

Снижение массы образца St.3 с концентрацией 1000 мг/л ингибиторов ИК-3 и ИК-4 в течение 24 часов в рабочей системе 15 % HCl и 20 % H₂SO₄ в ходе исследования. Диапазон температур 60-95,50 °С определяли гравиметрически. Измерение потери веса образца в рабочем растворе до и после определенного периода времени полезно при оценке таких параметров, как фактор защиты (эффект) (g) и индекс эффективности (Z %) ингибиторов. Для определения этих параметров использовали следующее уравнение и суммировали результаты исследования. 

Таблица 2.

Уровень эффективности ингибиторов типа ИК-1, ИК-2, ИК-3 и ИК-4 в 15  % растворе HCl и 15  % растворе H₂SO₄ 20 % при 60  ^оС

Повышение температуры до 60 ⁰С приводит к увеличению скорости ингибирования всех исследованных ингибиторов даже в средах с 15 % HCl и 20 % H₂SO₄.  В то же время повышение температуры до 95,5 °С и выше свидетельствует об изменении скорости ингибирования изучаемых ингибиторов в солянокислой среде [7].

Заключение. Установлено, что повышение температуры до 95,5 °С дает положительный результат (99,72 %) для ингибитора ИK-4 в сернокислой среде. Металлозащитные свойства изученных соединений стабильны во времени в соляной и сернокислой среде. На основании полученных данных установлено, что исследованные ингибиторы замедляют скорость коррозии в 12–32 раза в агрессивной среде, содержащей 50 мг/л соляной кислоты, и в 75–140 раз в той же среде количество составляет 1000 мг/л. Также установлено, что защитные свойства исследованных ингибиторов по отношению к соляной и серной кислотам периодически увеличиваются с повышением температуры.

Список литературы:

1. Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Защита стали от коррозии олигомерными ингибиторами и их композицими // Химия и химическая технология. – 2015. – №1. – С. 50–52.
2. Бекназаров Х.С., Джалилов А.Т. Изучение антикоррозионных свойств новых олигомерных ингибиторов коррозии // Композиционные материалы. 2014. – № 3. – С. 20–24.
3. Кадиров  Х.,  Азаматов  У.,  Турабджанов  С.М.  Новые  композиции ингибиторов  коррозии  и  солеотложения.  Композиционные  материалы. 2015. № 2. С. 57.
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 (дата обращения: 18.01.2024).
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. Finšgar M., Kek D., Merl. 2-mercaptobenzoxazole as a copper corrosion inhibitor in chloride solution: electrochemistry, 3D-profilometry, and XPS surface analysis // Corrosion Science. Vol. 80. 2014. P. 82–95.
7. 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.