CC BY
15УДК 547.541.2.
1 2
Дурна Бабек кызы Агамалиева , Нармин Али гызы Мамедова
1 2
' Институт нефтехимических процессов Национальной академии наук
Азербайджана, Баку, Азербайджан
1 2
' durna.agamaliyeva@mail.ru
Автор, ответственный за переписку: Дурна Бабек кызы Агамалиева,
durna.agamaliyeva@mail.ru
ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ НА ОСНОВЕ ХЛОПКОВОГО МАСЛА
Абстракт. В представленной работе показаны результаты исследований в области применения функционально замещенных производных хлопкового масла. Отмечено, что соединения, полученные на основе жирных кислот хлопкового масла могут обеспечивать защиту металлических поверхностей от агрессивных химических сред, в частности кислотной, углекислотной и сероводородной коррозии.
Ключевые слова: растительные масла, ингибиторы коррозии, жирные кислоты хлопкового масла, зеленая химия
1 2
Durna Babek gizi Agamaliyeva , Narmin Ali gizi Ыитейоги
12Institute of Petrochemical Processes of the National Academy of Sciences of Azerbaijan,
Baku, Azerbaijan
1 2
' durna.agamaliyeva@mail.ru
Corresponding author: Durna Babek gizi Agamaliyeva, durna.agamaliyeva@mail.ru
CORROSION INHIBITORS BASED ON COTTONSEED OIL
Abstract. The presented work shows the results of research in the field of application of functionally substituted derivatives of cottonseed oil. It is noted that compounds derived from fatty acids of cottonseed oil can protect metal surfaces from aggressive chemical environments, in particular acid, carbon dioxide and hydrogen sulfide corrosion.
Keywords: vegetable oils, corrosion inhibitors, cottonseed oil fatty acids, green chemistry
Применение ингибиторов зеленой коррозии, которые снижают скорость коррозии до соответствующего уровня с минимальным воздействием на окружающую среду, является одним из новых ключевых подходов к борьбе с коррозией в современном обществе [1]. С точки зрения совместимости с окружающей средой эта область исследований претерпевает значительные изменения. В настоящее время из-за растущей экологической осведомленности ингибиторы коррозии подлежат строгим ограничениям и правилам, применяемым природоохранными агентствами в ряде стран. Согласно этим требованиям, эти химические вещества должны быть экологически приемлемыми и безопасными. В свете этого в последние годы были предприняты интенсивные исследования, направленные на разработку ингибиторов зеленой коррозии из растительных экстрактов. Доступность, недорогие, биоразлагаемые и безопасные вещества делают эти вещества многообещающими альтернативами опасным традиционным ингибиторам коррозии. Цель этой обзорной статьи состоит в том, чтобы кратко обобщить подборку недавних работ по использованию растительных экстрактов в качестве устойчивых и зеленых ингибиторов коррозии. Кроме того, обсуждались преимущества и недостатки использования этих веществ для защиты металлов.
Строгое экологическое законодательство и растущая экологическая осведомленность среди ученых привели к разработке «зеленых» альтернатив для смягчения коррозии. В работе [2] был проведен обзор литературы по ингибиторам зеленой коррозии, и были выделены характерные особенности. Среди исследованных листьев экстракт Andrographis paniculata показал лучшую эффективность ингибирования (98%), чем экстракт других листьев. Strychnos nuxvomica показал лучшее ингибирование (98%), чем другие экстракты семян. Moringa oleífera показана как хороший ингибитор коррозии мягкой стали в 1M HCl с эффективностью ингибирования 98% среди исследованных фруктовых экстрактов. Bacopa monnieri показала, что ее максимальная эффективность ингибирования составляет 95% при 600 ppm среди исследованных экстрактов стебля. Было обнаружено, что все указанные растительные экстракты ингибируют коррозию мягкой стали в кислой среде.
Использование ингибиторов коррозии является экономически эффективной стратегией уменьшения коррозии углеродистой стали [3]. Все больше внимания уделяется разработке и использованию недорогих, биоразлагаемых и экологически безопасных составов ингибиторов. Экстракты на растительной основе оценивались во многих исследованиях с использованием множества электрохимических методов и методов характеристики. Хотя растительные экстракты кажутся многообещающими альтернативами коммерчески синтезируемым ингибиторам, требуется значительная оптимизация. Большинство исследований растительных экстрактов не выясняют влияние других синергетических комбинаций в коммерческих составах ингибиторов. Поэтому дальнейшее развитие растительных экстрактов в качестве ингибиторов коррозии представляет значительный интерес.
В статье [4] исследователи рассмотрели использование ингибиторов зеленой коррозии на основе растительных экстрактов для смягчения коррозии углеродистой стали. В обзоре также обсуждалась их эффективность в предотвращении коррозии, вызванной H2SO4, HCl и CO2.
Таким образом, на современном этапе весьма перспективным является разработка новых ингибиторов коррозии на основе производных растительных масел. В этой работе нами показаны результаты исследований в области применения хлопкового масла и его функционально замещенных производных в качестве ингибиторов коррозии.
Так, в работе [5] сообщается, что одним из эффективных методов повышения нефтеотдачи пластов является закачка в пласт углекислого газа. Углекислота, образующаяся при растворении СО2 в воде, растворяет некоторые виды цемента и пластовых пород и повышает их проходимость. В присутствии СО2 снижается набухаемость глинистых частиц. Углекислый газ растворяется в масле в 4-10 раз лучше, чем в воде, поэтому может переходить из водного раствора в масло. При переходе интерфейс напряжение между ними значительно снижается, а перемещение увеличивается. Кроме того, углекислый газ в воде способствует смыву нефтяной пленки, покрывающей зерна и породы, и снижает вероятность разрыва водяной пленки. При этом капли нефти при низком межфазном натяжении свободно проходят в поровом канале и относительная проницаемость нефти увеличивается. При растворении СО2 в нефти вязкость нефти уменьшается, плотность увеличивается, но значительно увеличивается объем: масло набухает (sui generis). Увеличение объема нефти в 1,5-1,7 раза за счет растворения в ней СО2 вносит значительный вклад в повышение нефтеотдачи пласта при разработке месторождений, содержащих маловязкие нефти. Хотя, наряду с перечисленными достоинствами, использование углекислого газа способствует интенсификации коррозионного процесса деталей, металлической поверхности, поэтому необходимо использовать соответствующие ингибиторы коррозии. В этом случае приемлемо использование поверхностно-активных веществ, обладающих низкой токсичностью, высокой молекулярной массой и гидрофобностью. В этой работе в качестве антикоррозионных добавок предложены модифицированные жирные кислоты растительных масел (подсолнечное и хлопковое). Для этого растительные масла сначала омыляли с
последующим сульфированием полученных жирных кислот. Затем были получены натриевые соли и моноэтаноламиновые комплексы сульфопроизводных жирных кислот. На аппарате ACM GILL AC с использованием электродов из углеродистой стали марки 080А15 площадью 7,9 см изучены антикоррозионные свойства полученных производных подсолнечного и хлопкового масел. Защитные действия синтезированных соединений исследовали в СО2-насыщенном фоновом растворе 1% NaCl, приготовленного растворением химически чистого NaCl в дистиллированной воде и с добавлением к этому раствору 25-100 ppm синтезированных ингибиторов при 50оС. Показано, что синтезированные ингибиторы коррозии обеспечивают эффективную защиту поверхности стали уже при концентрация ингибитора 25-50 ppm. Кроме того, моноэтаноламиновые комплексы сульфопроизводных жирных кислот на основе подсолнечное и хлопковое масло оказались более эффективными ингибиторами процесса коррозии стальных электродов, чем натриевые соли. Установлено, что для ингибиторов на основе подсолнечного масла с концентрацией 25 ppm эффективность торможения коррозии составляет 94,2-96,0%, в этой же концентрации значение эффективности торможения для ингибиторов на основе хлопкового масла меньше на 7,8% и составляет 86,4-88,2%.
В работе [6] изучены коллоидно-химические параметры, поверхностно-активные свойства, включая межфазное натяжение солей
Na+, K+, NH4+, NH3+-CH2-CH2-OH и NH -(CH2-CH2-OH)2 сульфатных производных этаноламидов высших карбоновых кислот. Эти ПАВ исследованы также в качестве ингибиторов сероводородной коррозии, нефтесборных и нефтедиспергирующих реагентов. Результаты показали, что комплексные соли могут быть использованы в качестве эффективных ингибиторов коррозии и реагентов для удаления нефтяных пленок с водной поверхности.
Отмечается [7], что в связи с неуклонным ухудшением экологической ситуации во всем мире возрос интерес к практическому использованию продуктов растительного происхождения, в частности добавок к буровым растворам с улучшенными коррозионными и трибологическими свойствами. В работе предложен принцип получения защитной добавки коррозионно-смазывающего действия для буровых растворов. Наилучший состав композиции - 3% добавка модифицированно смолы + 0,1% бактерицидный ингибитор коррозии. По результатам исследований доказано, что антикоррозионная присадка экологически безопасна и биоразлагаема.
Работа [8] направлена на изучение водного экстракта семян хлопчатника в качестве естественного ингибитора коррозии мягкой стали в 1 моль/л HCl с использованием гравиметрических тестов, потенциодинамических поляризационных кривых, измерений электрохимического импеданса и морфологического анализа поверхности с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Водный экстракт семян хлопка действовал как хороший ингибитор коррозии, достигая эффективности ингибирования 95,7% после 24 часов погружения при концентрации ингибитора 800 мг/л. При гравиметрических испытаниях при изменении температуры наблюдалось снижение энергии активации (Еа), что свидетельствовало о химической адсорбции на поверхности металла. 400 мг/л высокомолекулярной фракции, выделенной из общего экстракта, показали эффективность ингибирования, равную 800 мг/л всего экстракта, 97,3% и 94,2% по данным электрохимического импеданса и поляризационных кривых соответственно, что позволяет предположить, что макромолекулы представляют фундаментальное участие в тормозном процессе.
Способность новых синтезированных анионных поверхностно-активных веществ на основе хлопкового масла защищать углеродистую сталь в растворах, насыщенных СО2, была исследована с помощью измерений скорости линейной поляризационной коррозии, потери массы и поверхностного натяжения [9]. Экспериментальные результаты показали, что эти ингибиторы показали очень хорошее ингибирование коррозии даже при низких концентрациях. Эффективность ингибирования в процентах (IE %) увеличивается при
увеличении концентрации ингибитора. Процесс ингибирования связывают с образованием на поверхности металла адсорбционной пленки, защищающей металл от агрессивных агентов. Установлено, что адсорбция ингибиторов на поверхности углеродистой стали подчиняется изотерме адсорбции Ленгмюра. Изменение значений свободной энергии указывает на то, что адсорбция носит химический характер. Формирование защитной пленки на поверхности металла исследовано с помощью FTIR.
В работе [10] на основе хлопкового масла и диэтаноламина синтезированы новые поверхностно-активные вещества, структура которых подтверждена методом ИК-Фурье-спектроскопии. Исследованы поверхностные и термодинамические свойства этих соединений. Коррозионное поведение синтезированных поверхностно-активных ингибиторов коррозии оценивали с использованием потенциодинамических (тафелевских) поляризационных кривых, методов линейной поляризации сопротивления скорости коррозии. Экспериментальные результаты показали, что эти ингибиторы показали очень хорошее ингибирование коррозии даже при низких концентрациях. Эффективность защиты увеличивалась с увеличением концентрации ингибитора, достигая максимальных значений в диапазоне от 87,37 до 97,91 % при 100 ррт после 20-часового воздействия. Установлено, что процесс адсорбции подчиняется изотерме адсорбции Ленгмюра.
В наших работах были приготовлены композиции на основе имидазолинов жирных кислот пальмового масла с добавлением кислых солей кислот пальмового масла (Со, Zn, Си, Fe, Мп, Сг, №, Са) с полиэтиленполиамином ПЭПА в мольном соотношении 1:1 и испытаны их антикоррозийные свойства и защитный коррозионный эффект в составе турбинного масла Т-30. Результаты испытаний представлены в табл. 1
Таблица 1. Результаты испытаний композиций, полученных добавлением солей металлов кислот пальмового масла и производных имидазолина в турбинное масло Т-30 в различных концентрациях
Код композиции г ¡ащитный коррозийный эффект, сутки
В гидрокамере"Г-4" В морской воде В 0.001%-ном растворе H2SO4
Турбин ное масло ^30 37 19 14
X-232 97 55 48
X-233 94 52 44
X-234 128 73 64
X-235 69 37 28
X-236 55 30 22
X-237 111 68 52
X-238 50 27 20
X-243 108 60 49
X-244 113 68 56
X-245 133 74 68
X-246 100 60 50
X-239 170 81 75
X-240 134 71 66
X-241 176 89 78
X-242 163 78 67
X-251 138 71 63
X-252 154 80 72
X-253 163 88 75
X-254 127 67 54
X-247 117 69 59
Х-248 111 69 57
Х-249 107 65 53
Х-250 118 70 64
Х-255 89 50 40
Х-256 104 58 48
Х-257 119 61 53
Х-258 178 86 78
Х-259 116 69 55
Х-260 150 79 65
Х-261 159 81 73
Х-262 131 77 67
Как видно из табл. 1, композиция Х-233 (турбинное масло Т-30 + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + 2п соль кислот пальмового масла в концентрации 90%+9%+1%) проявляет защитный коррозионный эффект в гидрокамере "Г-4" в течение 94 суток, в морской воде - 52 суток, в 0.001%-ном растворе И2804 - 44 дня. Композиция Х-234 (турбинное масло Т-30 + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Zn соль кислот пальмового масла в концентрации 90%+1%+9%) проявляет защитный коррозионный эффект в гидрокамере "Г-4" в течение128 дней, в морской воде 73 дней, в 0.001%-ном растворе Н2804 - 64 дней.
Установлено, что композиции Х-238, Х-246,Х-242, Х-254 (Т-30 турбинное масло + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Си, N1, Со, Са соли кислот пальмового масла при концентрации 90%+9%+1%) проявляют защитный коррозионный эффект в гидрокамере "Г-4" соответственно в течение 50, 100, 163, 127 дней, в морской воде - соответственно 27, 60, 78, 67 дней, в 0.001%-ном растворе И2804 соответственно 20, 50, 67, 54 дней, композиции Х-237, Х-245, Х-241, Х-253 (Т-30 турбинное масло + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Си, N1, Со, Са соли кислот пальмового масла при концентрации 90%+1%+9%) в гидрокамере "Г-4" проявляют защитный эффект в течение 111, 133, 176, 163 дней, в морской воде - 68, 74, 89, 88 дней, в 0.001%-ном растворе И2804 соответственно 52, 68, 78, 75 дней.
Композиции Х-249, Х-250 (Т-30 турбинное масло + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Мп соль кислот пальмового масла при концентрации 90%+1%+9%) проявляют защитный коррозионный эффект в гидрокамере "Г-4" в течение 107, 118 дней, в морской воде - 65, 70 дней, в 0.001%-ном растворе И2804 - 53, 64 дней.
Установлено, что композиция Х-257 (Т-30 турбинное масло + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Fe соль при концентрации 90%+9%+1%) проявляет защитный коррозионный эффект в гидрокамере 119 дней, в морской воде 61 день, в 0.001%-ном растворе Н2804 53 дня, а композиция Х-258 (Т-30 турбинное масло + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Бе соль при концентрации 90%+1%+9%) проявляют эффект защиты металла в гидрокамере течение 178 дней, в морской воде - 86 дней, в 0.001%-ном растворе Н2804 - 78 дней.
Композиция Х-259 (Т-30 турбинное масло + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Сг соль при концентрации 90%+9%+1%) имеет защитный эффект в гидрокамере в течение 116 дней, в морской воде -69 дней, в растворе 0.001% Н2804 - 55 дней, а композиция Х-261 (Т-30 турбинное масло + производное на основе кислот пальмового масла и имидазолина на основе ПЭПА + Бе соль при концетрации 90%+1%+9%) имеет защитный эффект в гидрокамере в течение159 дней, в морской воде - 81день, в 0.001%-ном растворе Н2804 - 73 дня.
Таким образом, полученные комплексы на основе кислот пальмового масла, как показали проведенные испытания, обладают высокой антикоррозионной активностью и могут быть предложены в качестве новых ингибиторов кислотной коррозии.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Zakeri A., Bahmani E., Sabour A., Aghdam R. Plant extracts as sustainable and green corrosion inhibitors for protection of ferrous metals in corrosive media: A mini review // Corrosion Communications, 2022, Vol. 5, No 2, pp. 25-38
2. Singh A., Ebenso E., Quraishi M.A. Corrosion Inhibition of Carbon Steel in HCl Solution by Some Plant Extracts // International Journal of Corrosion, 2012, No 2, pp. 124-128
3. Fazai B., Becker T., Kinsella B., Lepkova K. A review of plant extracts as green corrosion inhibitors for CO2 corrosion of carbon steel // Material Degradations, 2022, Vol. 6, No 5, pp. 3634-3641
4. Surbhi J. Using Plant Extracts to Prevent Carbon Steel Corrosion // Material Degradations, 2022,Vol. 9, No 2, pp. 347-352
5. Mammadkhanova S.A. Comparative capacity of CO2-corrosion inhibitors on the base of sunflower and cottonseed oils // International Research Journal of Engineering and Technology, 2017, Vol. 4, N 4, pp. 548-550
6. Ismayilov I.T., Khamiyeva G.A., Abdullayeva M.H., Manafov E.A. Surfactants based on the cottonseed oil as problem resolving reagents for ecological problems of oil industry // European Science Review, 2019, Mo 2, pp. 231-238
7. Bondarenko V.P., Golubev V.G., Zhantasov M.K., Sadyrbayeva A.S. Investigation of anti-corrosion properties of environmentally safe additives to drilling solutions based on tar of cotton oil // Chemistry Today, 2017, Vol. 35, No 6, pp. 137-146
8. Hernandes I., Cumha J., Santana C., Aquino J. Application of an Aqueous Extract of Cotton Seed as a Corrosion Inhibitor for Mild Steel in HCl Media // Material Research, 2021, Vol. 21, No 1, pp. 1-9
9. Abbasov V.M., Hany A., Aliyeva L.I., Ismayilov I.T. Novel anionic surfactants based on cottonseed oil and their corrosion inhibition efficiency for carbon steel in CO2 saturated solution // PPOR, 2012, Vol. 13, No 2, pp. 112-135
10. Hany A., Ismayilov I.T., Abbasov V.M., Efremenko E.N. Preparation, Surface active properties, and Anticorrosion Application of some novel surfactants based on cottonseed oil and diethanolamine on carbon steel in CO2 environments // Journal of Advances in Chemistry, 2013, Vol. 1, N 1, pp. 5-17
Информация об авторах
Д.Б. Агамалиева — кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник,
заведующий лабораторией «Консервационные жидкости и ингибиторы коррозии».
Н.М. Мамедова — кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник.
Information about the authors
D.B. Agamaliyeva - Candidate of Chemical Sciences, Ph.D., Leading Researcher, head of
the Laboratory "Preservation Fluids and Corrosion Inhibitors".
N.M. Mammadova - Candidate of Chemical Sciences, Leading Researcher.
