РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СИНТЕЗИРОВАННЫХ ОЛИГОМЕРНЫХ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИХ СОБОЙ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ КОБАЛЬТ И НИКЕЛЬ

АННОТАЦИЯ

В настоящей работе исследованы олигомерные ингибиторы коррозии ИК-1 и ИК-2, синтезированные на основе диэтаноламина, стеарата кобальта(II), салицилиденэтилендиамина никеля(II), фосфорной кислоты и диалкилдитиофосфата цинка. Актуальность работы связана с необходимостью создания эффективных и экологически безопасных ингибиторов коррозии для водных и кислотных сред. Целью исследования является получение и изучение защитных свойств новых ингибиторов.

Синтез проводили при температуре 180–210°С в течение 12 часов. Коррозионные испытания выполняли гравиметрическим методом с определением массового (Кмасс) и глубинного (П) показателей коррозии. Установлено, что Кмасс составляет 0,33525 г/м²·ч для ИК-1 и 0,63579 г/м²·ч для ИК-2, а значения П равны 3,71×10⁻⁷ и 7,04×10⁻⁷ мм/год соответственно.

Показано, что ингибиторы обладают высокой эффективностью (до 99,36%), при этом увеличение концентрации снижает скорость коррозии, а повышение температуры усиливает ингибирующее действие. Механизм защиты связан с образованием адсорбционной пленки на поверхности металла. Полученные результаты подтверждают перспективность применения ингибиторов в агрессивных средах.

ABSTRACT

This study investigated oligomeric corrosion inhibitors IK-1 and IK-2, synthesized from diethanolamine, cobalt(II) stearate, nickel(II) salicylideneethylenediamine, phosphoric acid, and zinc dialkyl dithiophosphate. The relevance of this study lies in the need to create effective and environmentally friendly corrosion inhibitors for aqueous and acidic environments. The aim of the study was to obtain and characterize the protective properties of the new inhibitors.

The synthesis was carried out at 180–210°C for 12 hours. Corrosion testing was performed gravimetrically, determining the mass (Kmass) and depth (D) corrosion indices. Kmass was found to be 0.33525 g/m² h for IK-1 and 0.63579 g/m² h for IK-2, while P values ​​were 3.71×10⁻⁷ and 7.04×10⁻⁷ mm/year, respectively.

The inhibitors were shown to be highly effective (up to 99.36%), with increasing concentration reducing the corrosion rate and increasing temperature enhancing the inhibitory effect. The protection mechanism is associated with the formation of an adsorption film on the metal surface. The obtained results confirm the potential for using inhibitors in aggressive environments.

Ключевые слова: нефтехимической, оксиаминов, Стеарат кобальта(II), салицилиденэтилендиамин никеля(II),

Keywords: petrochemical, oxyamines, cobalt(II) stearate, nickel(II) salicylideneethylenediamine.

Введение. Коррозия различных промышленных изделий и строительных материалов из стали - одна из самых актуальных проблем современного мира. Это наносит большой экономический и экологический ущерб любой стране. Сегодня экономической основой и стратегическим приоритетом любой страны является нефтегазовый сектор. Основу нефтегазовой промышленности составляет оборудование из металлоконструкций. Коррозия этого оборудования из-за коррозии нанесет большой ущерб экономике любой страны. Одной из важных задач является создание дешевых, нетоксичных и экологически чистых импортозамещающих ингибиторов коррозии, которые очень эффективны даже при низких концентрациях в защите металлических конструкций от коррозии и засоления, используемых в нефтегазовой промышленности и других секторах экономики [1].

При взаимодействии с газообразной или жидкой внешней средой металлы в большей или меньшей степени подвергаются разрушению своего поверхностного слоя. Одной из главных причин этого является химическое взаимодействие металлов с атмосферными газами, а также с водой и растворенными в ней веществами. Чистые металлы часто устойчивы к коррозии. В частности, железо, склонное к коррозии, устойчиво к ней даже в чистом виде. Однако технические металлы всегда содержат примеси, которые в различной степени создают благоприятные условия для возникновения коррозии. При добавлении ингибиторов некоторые металлы и сплавы становятся практически нерастворимыми в кислых растворах. Ингибиторы замедляют растворение металла и не влияют на скорость растворения оксидов, гидроксидов металлов и других соединений. Таким образом, добавление ингибиторов в раствор позволяет очистить металлическую поверхность от соединений, покрывающих ее кислотой, не затрагивая сам металл [2].

В данном исследовании мы изучили олигомерные ингибиторы коррозии (ИК-1 и ИК-2), синтезированные из кобальта, никеля и других металлоорганических соединений. Эти вещества являются аналогами ингибиторов коррозии на основе металлоорганических соединений кобальта и никеля. Металлоорганические соединения в последние годы приобретают все большую популярность [3].

Экспериментальная часть. В настоящей работе были изучены олигомерные ингибиторы коррозии, синтезированные на основе диэтаноламина, Стеарат кобальта(II), салицилиденэтилендиамин никеля(II), фосфорной кислоты и диалкилдитиофосфат цинка ИК-1 и ИК-2

Реакция проводилась в 800 мл-вой колбе снабженной обратным холодильником, в течение 12 часов при температуре 180-210 ^оС.

Ингибитор коррозии применяется в системах башенного охлаждения. Одним из самых эффективных ингибиторов коррозии в водных системах является ингибитор ИК-1 и ИК-2.

Степень защиты ингибиторов коррозии вычисляли по формуле

V_ко- скорость коррозии образцов в не ингибированной среде, г*м^-2 ч

V_кi- скорость коррозии образцов в ингибированной среде, г*м^-2 ч

ИК-1 и  ИК-2 Показатель скорости коррозии К_масс, определяют по формуле

g₀ – масса образца в исходном состоянии

g₁ – масса образца после реакции

S – исследуемая поверхность

T – время испытания

ИК-1

г/м²ч

ИК-2

 г/м²ч

Пересчет массового показателя коррозии на глубинный показатель осуществляется по формуле

где П – глубинный показатель коррозии

К_масс – массовый показатель скорости коррозии

 - плотность металла

ИК-1

ИК-2

Результаты и их обсуждение. Результаты эксперимента показывают, что смесь ИК-1 и ИК-2 значительно повышает защитную способность реагента. Это можно объяснить воздействием синтезированного ингибитора на металлы [4]. Проведенный анализ исследований выявил, что скорость коррозии и эффективность ингибитора зависят от концентрации последнего и температуры (см. таблицу 1). Установлено, что при фиксированной температуре повышение концентрации ингибитора приводит к замедлению коррозионных процессов стали. В литературе указывается, что для железа в кислых средах скорость коррозии примерно удваивается при увеличении температуры на 10°C. Однако в нашем исследовании наблюдается противоположная тенденция: в некоторых случаях повышение температуры сопровождается снижением скорости коррозии, то есть активность ингибитора растет вместе с температурой.

Таблица 1.

Данные о скорости коррозии стали в 0,5 М HCl и 0,5 М H₂SO₄ в присутствии и отсутствии различных концентраций ингибиторов ИК-1, ИК-2

Результаты, представленные в таблице, показывают, что синтезированные ингибиторы коррозии (ИК-1, ИК-2) обладают ингибирующей эффективностью, сопоставимой с коммерческими ингибиторами. Эти результаты были получены при эквимолекулярных количествах, а при увеличении концентрации до 20–200 мг/л защитная эффективность может быть повышена до 93,8%.

Рисунок 1. Изучение элементного состава материалов с помощью энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС)

На представленном изображении показан EDS-спектр (энергетически дисперсионной рентгеновской спектроскопии) исследуемого образца. Данный метод позволяет определить качественный и количественный состав элементов в поверхности образца.

Основные результаты спектра: Fe (железо) — основной элемент образца, содержание 77,8%, что подтверждает, что материал преимущественно металлический или стальной. Высокая интенсивность пиков указывает на доминирующий характер элемента. C (углерод) — 11,4%. Углерод может присутствовать как в составе стали (углеродистая сталь) или как поверхностная органическая примесь. O (кислород) — 9,3%. Наличие кислорода свидетельствует о возможной поверхностной оксидной пленке (FeO, Fe₂O₃) или следах окислительных процессов. Cr (хром) — 0,6%. Хром может быть добавлен в сплав для повышения коррозионной стойкости или присутствовать как примесь. Si (кремний) — 0,3%. Мелкая примесь, вероятно, технологического происхождения. P (фосфор) — 0,3%. Может присутствовать как элемент легирования или остаток химических процессов. Cl (хлор) — 0,3%. Возможно, остаток после обработки или загрязнение. S (сера) — 0,1%. Примесь, присутствующая в минимальном количестве.

Высокий пик железа вместе с кислородом и углеродом указывает на возможность формирования оксидных или карбидных соединений на поверхности. Примеси металлов и неметаллов в малых количествах могут влиять на коррозионную стойкость и механические свойства образца. Общий состав соответствует типичной углеродистой или легированной стали с возможными следами поверхностного окисления и технологических примесей [5].

Фазовый состав синтезированного сплава был изучен методом рентгеновской дифракции (РД). Интенсивные максимумы, наблюдаемые в области 2θ дифракционной картины, соответствуют дифракционным пикам, характерным для кристаллической решетки железа.

Таблица 2.

Параметры рентгеновской дифракции кристаллической структуры

Пик с наибольшей интенсивностью наблюдается в области приблизительно 44–45°, что соответствует плоскости (110) в объемно-центрированной кубической (ОЦК) решетке α-железа. Пики вблизи 65° и 82° на дифракционной картине также соответствуют кристаллографическим плоскостям (200) и (211) соответственно.

Рисунок 2. Структурная характеристика образца металла с использованием метода рентгеновской дифракции (XRD)

Анализ дифракционной картины показал, что образец металла, полученный после воздействия ингибиторов коррозии ИК-1 и ИК-2, содержит α-Fe (железо) в качестве основной фазы. Кроме того, было отмечено наличие фаз железа, обогащенных небольшим количеством углерода.

Таблица 3.

Фазовый состав соединений (рентгенодифракционный анализ)

Эти фазы связаны с углеродной модификацией железа в твердом растворе и указывают на присутствие примесей углерода в составе технического железа. Появление дополнительных фаз можно объяснить технологической обработкой или процессами легирования, а также взаимодействием с ингибиторами в агрессивной среде. Оценка фазовых соотношений на основе интенсивности дифракционных пиков подтвердила, что железо остается основным компонентом образца даже после воздействия ингибиторов.

Механизм действия этих металлоорганических ингибиторов коррозии в основном определяется переходом защищаемой металлической поверхности в стабильную поверхностную пленку в присутствии мелкодисперсных дополнительных частиц. В таблице 2 представлены экспериментальные данные по применению ингибиторов коррозии ИК-1 и ИК-2 в агрессивных средах.

Таблица 4.

Влияние ингибиторов коррозии ИК-1 и ИК-2 на кислые и щелочные среды

При постоянной температуре отношение площади покрытой поверхности к концентрации адсорбента позволяет определить изотерму адсорбции в условиях равновесия.

Разработанные ингибиторы оказались экологически безопасными и эффективными на 99,36% при использовании в системах с водным, кислотным и щелочным циклами [6]. Результаты представлены в таблице 2.

Выводы

Ингибиторы ИК-1 и ИК-2 снижают коррозию стали при температурах от 50°C до 90°C, достигая максимальной эффективности ингибирования 93,8% и максимальной концентрации ингибирования 200 мг на литр агрессивной среды. Эффективным способом защиты сталей ИК-1 и ИК-2 от коррозии при использовании в агрессивных средах является своевременная очистка с последующим промыванием водным раствором ингибитора коррозии. Исследования показали, что этот метод снижает скорость коррозии стали в 5–20 раз по сравнению с необработанными поверхностями стали и в 2–3 раза по сравнению с последующей очисткой раствором ингибитора [7].

Согласно экспериментальным исследованиям, оптимальное количество ингибитора в кислом водном растворе составляет 200 мг, что обеспечивает защитную эффективность до 93,8%.

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. Beknazarov H.S. Investigation of corrosion inhibition mechanisms of heterocyclic nitrogen-sulfur compounds on steel surface. // Journal of Applied Chemistry and Chemical Engineering. – 2023. – Vol. 7, No. 2. – P. 33–39.
3. Шайхутдинов Р.Ш., Ильин А.П. Ингибиторы коррозии металлов: теория и практика. – Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2017. – 256 с.
4. Иванов В.П., Кузнецов Ю.И. Методы защиты металлов от коррозии в кислых средах. // Защита металлов. – 2019. – Т.55. – №3. – С. 142–148.
5. Федорова Н.С., Каримов Б.Х. Исследование эффективности органических соединений как ингибиторов коррозии стали в растворе HCl. // Вестник Башкирского университета. – 2020. – Т.25. – №4. – С. 912–917.
6. Тошев М.Э., Умаров А.Н., Кадиров Х.И.. Ингибиторы солеотложения для водогрейных котлов и систем теплоснабжения // Международная научно-техническая конференция “Актуальные проблемы инновационных технологий в развитии химической, нефте-газовой и пищевой промышленности”  2016 г c 237
7. Акмал Холлинорович Нарзуллаев, Маргуба Абдусаттаровна Тогаева, Латофат Аскар Кизи Жамолова, Севинч Равшановна Хуррамова. Mетоды защиты металлов от коррозии ингибиторами на основе металлорганических соединений, содержащих молибден, кобальт, азот и фосфор. Авторы Дата публикации 2025 Журнал Universum: технические науки Том 7 Номер 10 (139) Страницы 17-21.