CC BY
12УДК 547.541.2.
Нармин Али кызы Мамедова
Институт нефтехимических процессов, Баку, Азербайджан, narmishka@mail.ru ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ НА ОСНОВЕ ПАЛЬМОВОГО МАСЛА
Аннотация. В представленной работе показаны результаты исследований в области применения функционально замещенных производных пальмового масла. Отмечено, что соединения, полученные на основе жирных кислот пальмового 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 пальмового масла, зеленая химия
Narmin AU gizi Машейога
Institute of Petrochemical Processes, Baku, Azerbaijan, narmishka@mail.ru CORROSION INHIBITORS BASED ON PALM OIL
Abstract. The presented work shows the results of research in the field of application of functionally substituted derivatives of palm oil. It is noted that compounds derived from fatty acids of sunflower oil can protect metal surfaces from aggressive chemical environments, in particular acid, carbon dioxide and hydrogen sulfide corrosion.
Keywords: vegetable oils, corrosion inhibitors, palm oil fatty acids, green chemistry
Пальмовое масло является одним из самых часто используемых масел в синтезе зеленых ингибиторов коррозии, причем применение находят не только само масло, но и плоды, листья и стебли пальмового дерева. В этой работе нами показаны результаты применения составляющих пальмового масла в производстве зеленых ингибиторов коррозии.
Известно, что органические соединения являются эффективными ингибиторами коррозии благодаря адсорбции молекул и ионов на поверхности металла [1]. Установлено, что степень адсорбции ингибитора зависит от многих факторов, таких как природа поверхностного заряда металла, способ адсорбции ингибитора, химическая структура ингибитора и тип агрессивного раствора. Наличие в химической структуре ингибитора крупных молекул с функциональными группами, содержащими гетероатомы (такие как кислород, азот, сера, фосфор), тройные связи или ароматические кольца, усиливает процесс адсорбции. Наблюдается растущая тенденция к использованию природных ресурсов в качестве ингибиторов коррозии, которые являются экологически чистыми, дешевыми и легкодоступными. В этой работе показано применение пальмового масла в качестве зеленого ингибитора для алюминиевых машинных радиаторов.
Ингибирующее действие гидроксиэтилимидазолина, модифицированного пальмовым маслом, на коррозию меди в 1,0 М серной кислоте было изучено с использованием потенциодинамических поляризационных кривых, сопротивления линейной поляризации (LPR) и электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) [2]. Модифицированный имидазолин оказался хорошим ингибитором коррозии Cu в кислой среде, при этом его эффективность ингибирования увеличивалась с увеличением его концентрации, достигая максимального значения при добавлении 10 частей на миллион, но снижалась при дальнейшем увеличении его концентрации. Кроме того, эффективность ингибитора увеличивалась с увеличением времени погружения. Поляризационные кривые показали, что модифицированный имидазолин в большей степени подавляет катодную реакцию
58
восстановления кислорода, чем анодное растворение, действуя, таким образом, как ингибитор смешанного типа.
Изучено поведение углеродистой стали SAE 1045 в 1 М растворе NaOH, содержащем различные концентрации пальмоядрового масла (ПКО), по потере массы и поляризационным методом. Результаты показали, что коррозия из углеродстали в растворе NaOH значительно снижалась в присутствии таких ингибиторов. Эффективность ингибирования возрастает с увеличением концентрации ингибитора. Максимальная эффективность ингибирования (~ 96,67%) достигается при концентрации ПКО 8 об.%. Этот результат показал, что пальмоядровое масло может действовать как ингибитор коррозии в щелочной среде. Коррозия углеродстали уменьшается по мере увеличения концентрации ингибитора [3].
В работе [4] авторы сообщают о применении продуктов реакции жирных кислот на основе сырого пальмового масла и моноэтаноламина в качестве устойчивых ингибиторов коррозии в кислых средах для углеродистых сталей. Продукты реакции идентифицировали на основе анализа FTIR как смесь 2-аминоэтиловых эфиров жирных кислот и N-(2-гидроксиэтил)амидов жирных кислот. Ингибирующее действие этих соединений на коррозию оценивали методами потенциодинамической поляризации в 0,5 М HCl. Смесь эфиров жирных кислот и амидов жирных кислот показала многообещающий потенциал в качестве альтернативного ингибитора коррозии. Было обнаружено, что эффективность ингибирования составляет 80% при концентрации 80 частей на миллион. Термодинамические и кинетические параметры, полученные из графика Тафеля, показали увеличение энергии активации с более высокой концентрацией ингибитора, что привело к снижению скорости коррозии.
Производство пальмового масла является одним из самых высоких в мире, и оно в основном используется в пищевой промышленности и других товарах [5]. В настоящее время большая часть производства пальмового масла предназначена для синтеза биодизельного топлива; однако его использование в приложениях, отличных от пищевой промышленности, ставится под сомнение. Таким образом, для устойчивого развития в данной работе предлагается использование пальмового масла низкого качества для синтеза ингибиторов коррозии. Эффективность синтезированных ингибиторов оценивали с использованием электрохимических методов, таких как измерение потенциала разомкнутой цепи, сопротивление линейной поляризации и спектроскопия электрохимического импеданса. Результаты показывают, что жирные амиды пальмового масла являются превосходными ингибиторами коррозии с эффективностью защиты более 98%. Молекулы жирных амидов действуют как катодные ингибиторы, уменьшая анодное растворение железа. При добавлении жирных амидов происходит быстрое снижение скорости коррозии из-за быстрого образования молекулярной пленки на поверхности углеродистой стали. В процессе адсорбции ингибитора происходит самоорганизация углеводородных цепей с образованием плотной гидрофобной пленки. Эти результаты показывают, что использование пальмового масла для производства ингибиторов зелени обещает стать отличной альтернативой устойчивому использованию производства пальмового масла.
Гидроксиэтилимидазолин, модифицированный пальмовым маслом, использовался в качестве ингибитора коррозии для Cu в 3,5% растворе NaCl с использованием кривых потенциодинамической поляризации, измерения сопротивления линейной поляризации (LPR) и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) [6]. Результаты показали, что модифицированный имидазолин действует как хороший ингибитор Cu, и его эффективность увеличивается с увеличением его концентрации и времени воздействия. Было обнаружено, что модифицированный имидазолин содержит соединения с гетероатомами в их молекулярной структуре, которые действуют как центры для химической адсорбции на поверхности Cu, следуя изотерме типа Ленгмюра, с образованием защитных продуктов коррозии.
В работе [7] синтезированы новые ПАВ типа производных жирных кислот на основе пальмового масла и исследовано их ингибирующее действие против коррозии углеродистой стали в насыщенном СО2 1% растворе NaCl при 50°С. Дано подробное исследование ПАВ как ингибиторов коррозии. с использованием поляризационных кривых и методов спектроскопии электрохимического импеданса. Эффективность ингибирования, полученная с помощью двух используемых способов, почти одинакова. Результаты показывают, что исследованные поверхностно-активные вещества являются хорошими ингибиторами, а их эффективность ингибирования достигает 98,95% при 100 ч/млн для ингибитора V. Высокая эффективность ингибирования объясняется простым блокирующим эффектом за счет адсорбции молекул ингибитора на поверхности стали. Поверхностную активность синтезированных растворов ПАВ определяли по измерениям поверхностного натяжения при 25°С. Установлено, что адсорбция ингибиторов на поверхности углеродистой стали подчиняется изотерме адсорбции Ленгмюра и хемосорбции. С помощью квантово-химических расчетов исследована корреляция между эффективностью ингибирования исследуемых поверхностно-активных веществ и их молекулярной структурой. Полученные теоретические результаты были подтверждены нашими экспериментальными данными.
Сообщается [8], что для изучения ингибирования коррозии низкоуглеродистой стали в 1% NaCl, насыщенном CO2, некоторыми новыми поверхностно-активными веществами типа производных жирных кислот, синтезированных на основе пальмового масла и моноэтаноламина, были проведены измерения скорости потенциодинамической поляризации и сопротивления линейной поляризации. Было измерено поверхностное натяжение при 298 К; рассчитана критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) и некоторые поверхностно-активные параметры. Было обнаружено, что эффективность ингибирования возрастает с увеличением концентрации. Полученные результаты показывают, что приготовленные ПАВ действуют как ингибиторы смешанного типа. Ингибирующее действие этих соединений объясняли адсорбцией на поверхности металла. Процесс адсорбции следует изотерме адсорбции Ленгмюра. Были рассчитаны и обсуждены некоторые активированные термодинамические параметры.
В работе [9] сообщается о сравнительных структурных характеристиках автогидролизованного этанолорганосольвентного лигнина (AH EOL) листьев масличной пальмы (OPF) и модифицированного этанолосольвентного лигнина путем включения органического поглотителя: п-гидроксиацетофенона (AHP EOL). Кроме того, антиоксидантные свойства модифицированного лигнина проявляют лучшую восстановительную активность по сравнению с немодифицированным лигнином. Ингибирующее действие на коррозию низкоуглеродистой стали в 0,5 М растворе HCl с добавлением обоих типов лигнина и без него изучали с использованием методов измерения коррозии. Выявлено, что скорость коррозии низкоуглеродистой стали снижается в присутствии ингибиторов лигнина с наибольшей эффективностью ингибирования, IE достигается при концентрации 500 ppm для обоих образцов лигнина (IEAHP EOL: 82,83 % > IEAH EOL: 71,90 %). Адсорбционные и термодинамические данные показали, что ингибиторы физически адсорбировались (физисорбция) на поверхности мягкой стали. Анализ СЭМ показал, что морфология поверхности мягкой стали в присутствии модифицированного лигнина улучшилась.
Показано [10], что листья масличной пальмы (Elaeis guineensis Jacq.) образуются как отходы при сборе плодов масличной пальмы. Он в основном состоит из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы. Лигнины, как и другие полифенолы, являются мощными поглотителями свободных радикалов и считаются ценным источником антиоксидантных фенольных соединений. Цель состояла в том, чтобы количественно оценить антиоксидантные свойства лигнинов, извлеченных из биомассы масличной пальмы с использованием крафт-, содовой и органосольвентной варки. Также был оценен потенциал экстрагированных лигнинов в качестве ингибиторов коррозии мягкой стали. Измельченные и высушенные листья
масличной пальмы размером 1-3 мм подвергали крафт-, содовой и органосольвентной варке в роторных варочных котлах. Экстрагированный лигнин был охарактеризован и измерено поглощение кислорода. Антикоррозионные свойства экстрагированных лигнинов контролировали с помощью электрохимических измерений и анализа поверхности. Установлено, что лигнины, экстрагированные содой, проявляли самую высокую антиоксидантную активность по сравнению с крафт- и этанолорганосольвентными лигнинами. Наибольшее торможение коррозии низкоуглеродистой стали было достигнуто в присутствии содово-экстрактных лигнинов. Таким образом, листья масличной пальмы являются потенциальными источниками лигнинов, которые можно использовать в качестве зеленого антиоксиданта для замедления коррозии мягкой стали.
Исследование [11] было направлено на разработку таблетки ингибитора гемицеллюлозы из пустых плодов пальмового масла (EFB-H) с контролируемым высвобождением для мягкой стали в 1 М HCl. Поскольку растительные экстракты имеют тенденцию портиться при более длительном времени погружения, что ограничивает их промышленное применение, мы попытались увеличить время ингибирования, сформировав таблетку ингибитора с контролируемым высвобождением. Электрохимические методы (потенциодинамическая поляризация (PDP) и спектроскопия электрохимического импеданса (EIS)) были использованы для исследования эффективности и механизма ингибирования. Оптимальную дозировку и время погружения определяли с помощью метода поверхности отклика (RSM). Таблетка EFB-H была составлена с использованием D-оптимальной смеси, и ее антикоррозионное действие при продолжительном погружении сравнивали с порошком EFB-H. Измерение PDP показало, что EFB-H является ингибитором смешанного типа. Оптимизация RSM показала, что оптимальная точка максимальной эффективности ингибирования (87,11%) приходится на 0,33 г EFB-H и время погружения 120 часов. Таблетка T3 с соотношением EFB-H к гуммиарабику и гидроксипропилметилцеллюлозе 66:0:34 продемонстрировала наилучшие показатели прочности на разрыв (0,243 МПа), времени дезинтеграции (152 мин) и поведения при растворении. Таблетка EFB-H проявляла более продолжительный ингибирующий эффект, чем порошок, который составлял 360 часов по сравнению со 120 часами для порошка. В целом, таблетка EFB-H была успешно разработана, и экспериментально доказано ее увеличенное эффективное время ингибирования. время дезинтеграции (152 мин) и поведение при растворении.
Ингибирующее действие ультрафильтрованных лигнинов листьев масличной пальмы (OPF) на коррозию низкоуглеродистой стали в 0,5 М растворе HCl было исследовано с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS), потенциодинамической поляризации (PP) и измерения потери веса [12]. Присутствие более мелких фракций лигнина заметно снижает скорость коррозии мягкой стали. Наивысшая эффективность ингибирования коррозии для всех ультрафильтрованных лигнинов была достигнута при максимальной концентрации 500 частей на миллион (ИЭП.Сода: 87 % > ИЭП.Органосольв: 83 % > ИЭП.Крафт: 81 %). Результаты этого испытания на коррозию ясно показывают, что все ультрафильтрованные лигнины вели себя как ингибиторы смешанного типа с преимущественной анодной (органосольвентный лигнин) или катодной (щелочной лигнин) эффективностью.
В работе [13] с помощью гравиметрического и потенциодинамического поляризационных методов было исследовано ингибирование коррозии пальмоядровым маслом (PKO) в 1M HCl и 1M NaOH на мягкой стали. Катодная и анодная константы Тафеля изменялись в присутствии PKO; предполагая, что подавление необходимой для коррозии окислительно-восстановительной реакции связано с эффектом адсорбции ингибитора на поверхности металла. Плотность тока снижается с увеличением количества ПКО в обоих средах, что приводит к снижению скорости коррозии. Скорость коррозии испытанных образцов из мягкой стали снижалась с увеличением количества PKO в обеих испытательных
средах. Как было замечено, максимальная эффективность ингибитора 97,8% наблюдалась при концентрации ингибитора PKO 0,5% в 1M HCl; эффективность ингибитора 98,8 % достигалась при концентрации PKO 0,6 % в 1 М растворе NaOH.
Большинство ингибиторов коррозии, используемых в промышленности, вредны для окружающей среды и здоровья. Поэтому необходимо развивать спрос на нетоксичные экологически безопасные ингибиторы коррозии. Олеохимические вещества представляют собой экологически безопасный класс органических соединений из-за их нетоксичной природы. Эти соединения могут легко заменить коммерческие ингибиторы в качестве экологически безопасных ингибиторов коррозии благодаря своей нетоксичности. Кроме того, они могут служить потенциальными ингибиторами коррозии благодаря наличию гетероатомов. В настоящей главе книги дается обзор олеохимических веществ и их промышленного использования в качестве эффективных ингибиторов коррозии. В настоящей работе продемонстрированы синтез, методы оценки и структурное влияние на тормозное поведение [14] .
Показано [15], что недавние экологические проблемы вызвали потребность в экологически чистой жидкости для кислотной обработки, которая способна заменить дизельное топливо в качестве масляной фазы в жидкостях для кислотной обработки на основе эмульсии. Для этого он должен обеспечивать не только замедление кислотной реакции на поверхности горной породы, но также обеспечивать подходящие характеристики ингибирования, которые могут снизить степень коррозии, возникающей из-за кислотной обработки. В этой статье эмульгированные кислоты получают из триглицеридных масел, а именно; масло Jatropha curcas и пальмовое масло были протестированы на ингибирование коррозии по сравнению с дизельным топливом на основе эмульгированной кислоты и 15 мас.% HCl. Эмульсия, приготовленная с маслом Jatropha curcas и пальмового масла, показала способность заменить дизельное топливо в качестве жизнеспособного и экологически безопасного заменителя масляной фазы в эмульгированных кислотах.
В наших работах были приготовлены композиции на основе жирных кислот, выделенных из пальмового масла методом щелочного гидролиза. На основе полученных жирных кислот пальмового масла были получены различны металлические соли и подготовлены композиции на основе синтезированных солей кислот пальмового масла и турбинного масла Т-30. Изучен их антикоррозионный эффект в отношении стальной пластинки в трех различных агрессивных средах, в частности в гидрокамере Г-4, в морской воде и в 0,011 %-ном растворе серной кислоты. Были получены обнадеживающие результаты, которые позволяют рекомендовать полученные композиции в качестве ингибиторов коррозии стали
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Junaidah J. Palm oil as Corrosion Inhibitor for Aluminium Car Radiator // Developments in Corrosion Protection, 2014, 273 p.
2. Gonsalez-Rodriquez J.G., Porsayo-Calderon J., Velez E., Escalera M. Palm Oil-Based Imidazoline as Corrosion Inhibitor for Copper in 1.0 M H2SO4 // Journal of Advanced Electrochemistry, 2016, Vol. 2, No 3, pp. 97-102
3. Zulkafli M.Y., Othman N.K., Lazim A.M. Inhibitive effects of palm kernel oil on carbon steel corrosion by alkaline solution // AIP Conference Proceedings, 2013, Vol. 42, pp.1571-1576
4. Makrus M.A., Irawadi T., Darmawan N., Khotib M. Reaction Products of Crude Palm Oil-based Fatty Acids and Monoethanolamine as Corrosion Inhibitors of Carbon Steel // Makara Journal of Science, 2019, Vol. 23, No 3, pp. 155-161
5. Porcayo-Calderon J., Rivera-Minoz E.M., Peza-Ledesma C., Csales-Diaz M. Sustainable Development of Palm Oil: Synthesis and Electrochemical Performance of Corrosion Inhibitors //Journal of Electrochemical Science and Technology, 2017, Vol. 8, No 2, pp. 133-145
6. Gonsalez-Rodriquez J.G., Porcayo-Calderon J., Vazquez-Velez E., Escalera M. Use of a Palm Oil-Based Imidazoline as Corrosion Inhibitor for Copper in 3.5% NaCl Solution // International Journal of Electrochemical Science, 2016, Vol. 11, N 9, pp. 8132-8144
7. Hany A., Abbasov V.M., Aliyeva L.I., Qasymov E.E. Inhibition of carbon steel corrosion in CO2-saturated brine using some newly surfactants based on palm oil: Experimental and theoretical investigations // Materials Chemistry and Physics, 2013, Vol. 142, N 2-3, pp. 502-512
8. Ismayilov I.T., Hany A., Abbasov V.M., Efremenko E.N., Aliyeva L.I. Novel Synthesized Surfactants Based on Palm Oil and Monoethanolamine as Corrosion Inhibitors for Mild Steel in CO2 Environments // American Journal of Chemistrym 2014, Vol. 4, No 5, pp. 155-165
9. Hazwan M., Hussin B., Hanis N., Latif A. Corrosion Inhibition Of Mild Steel By Chemically Modified Lignin: Green corrosion inhibitor from oil palm biomass waste // LAP LAMBERT Academic Publishing, 2018, 104 p.
10. Hazwan H., Affaizza Sh., Afidah R., Mohamad M. Antioxidant and anticorrosive properties of oil palm frond lignins extracted with different techniques // Annals of FOREST Science, 2015, Vol. 72, pp. 17-26
11. Nabilah N., Sobri Sh., Yusof Y.A., Kassim N.K. Innovative Method for Longer Effective Corrosion Inhibition Time: Controlled Release Oil Palm Empty Fruit Bunch Hemicellulose Inhibitor Tablet // Materials, 2021, Vol. 14, No 19, pp. 5657-5672
12. Hussin M.H., Rahim A., Brosse N., Ibrahim M. The capability of ultrafiltrated alkaline and organosolv oil palm (Elaeis guineensis) fronds lignin as green corrosion inhibitor for mild steel in 0.5 M HCl solution // Measurement, 2016, Vol. 78, No 2, pp. 90-103
13. Bodude M.A., Adigun O.D., Nnaji R.N., Avoola W.A. Evaluation of palm kernel oil as eco-friendly inhibitor against corrosion of mild steel in acidic and alkaline media // Journal of Trends in Science and Technology, 2022, Vol. 7, No 2, pp. 679-682
14. Ansari F., Chauban D., Mumtaz Q. Oleochemicals as Corrosion Inhibitors // Organic Corrosion Inhibitors, 2021, pp. 343-369
15. Yonsufi M., Mohyaldin M., Moniruzzaman M. Comparative Analysis of Corrosion Inhibition: Between Jatrophacurcas, Palm and Diesel Oil based Emulsified Acids for Acid Stimulation Operations // IOP Conference Series EARTH AND Environmental Science, 2018, Vol. 164, No 1, pp. 12006-120010
Информация об авторах
H.M. Мамедова — кандидат химических наук, ведущий научный специалист
лаборатории «Исследование антимикробных свойств и биоповреждений».
Information about the authors
N.M. Mamedova - leading researcher "Study of antimicrobial properties and biodamage".
