CC BY
7
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИХ СОБОЙ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ СЕРУ, АЗОТ И Р-СВЯЗИ
Нарзуллаев Акмал Холлинорович
д-р техн. наук,
Ташкентского научно-исследовательского института
химической технологии, Республика Узбекистан, п/о Шуро-базар E-mail: [email protected]
METHODS FOR PROTECTING METALS FROM CORROSION FROM ORGANIC INHIBITORS, WHICH ARE HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING SULFUR,
NITROGEN AND P-BONDS
Akmal Narzullayev
Dr. Tech. Sciences, (PhD) Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent region, Tashkent district, p / o Shuro-bazaar
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 п-связи, пиперидин.
Keywords: corrosion inhibitors, metal corrosion, containing phosphorus, sulfur, nitrogen and having п-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 п-связи [4].
В настоящее время в мире ведутся работы по разработке новых полифункциональных композиций, ингибирующих коррозию, направленных
Библиографическое описание: Нарзуллаев А.Х. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИХ СОБОЙ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ СЕРУ, АЗОТ И Р-СВЯЗИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 2(119). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/16883
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 (2,%) находили по разнице массы контрольной пробы в растворе с ингибитором коррозии и без него и рассчитывали по следующей формуле:
ко
Здесь: Ко - 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:
_ к
Y
Значение K образца без ингибитора.
Ки — 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:
_ К-8760 Кч = р•1000 '
Кч - глубина коррозии;
Р - плотность металла, г/см3; (Ст.3= 7,85 г / см3);
8760 - количество часов в году;
В ходе исследований были изучены инги-бирующие свойства следующих синтезированных соединений в различных температурных диапазонах и концентрациях разных агрессивных сред. Ингиби-рующую 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
Количество ингибитора мг/л 15% HCl 20% H2SO4
Название ингибитора время, час Кг/м2с Y Z% Кг/м2с Г Z%
6 0,84 23,80 95,80 1,84 16,64 93,99
50 12 0,89 23,59 95,76 0,97 30,61 96,73
24 0,84 27,26 96,33 0,95 31,78 96,85
6 0,46 43,47 97,70 0,87 35,97 97,22
100 12 - - - 0,93 31,93 96,86
24 - - - 0,92 32,82 96,95
6 0,48 41,66 97,60 0,50 62,60 98,40
ИК-1 250 12 0,33 55,26 98,12 0,45 66,00 98,48
24 0,38 60,26 98,34 0,45 67,11 98,50
6 0,48 41,66 97,60 0,48 65,20 98,46
500 12 0,36 58,33 98,28 0,36 82,50 98,78
24 0,31 73,87 98,64 0,39 77,43 98,70
6 0,55 36,36 97,25 0,38 82,36 98,78
1000 12 0,45 46,66 97,85 0,34 87,35 98,85
24 0,39 58,71 98,29 0,36 83,88 98,80
6 1,77 11,31 91,15 1,88 17,65 93,12
50 12 1,50 14,00 92,86 0,98 31,23 96,25
ИК-3 24 1,17 19,61 94,90 0,96 31,25 97,01
6 0,94 21,29 95,30 0,40 78,25 98,72
1000 12 0,68 30,88 96,76 0,35 84,86 98,82
24 0,59 38,88 97,42 0,52 58,12 98,91
Название ингибитора Количество ингибитора мг/л время, час 15% HCl 20% H2SO4
Кг/м2 ■ с Y Z% Кг/м2-с Г Z%
ИК-4 50 6 0,68 29,42 96,60 0,44 71,14 98,59
12 0,58 36,20 97,23 0,26 114,2 99,12
24 0,48 47,79 97,90 0,33 91,58 98,91
1000 6 0,50 40,02 97,50 0,17 184,0 99,46
12 0,30 70,00 98,57 0,15 198,0 99,49
24 0,30 76,46 98,69 0,14 215,8 99,54
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
Название ингибитора Агрессивная среда % Количество время, час 60 °C 95,5 °C
ингибитора мг/л Кг/м2-с Y Z% Кг/м2-с Y Z%
2 - - - 61,74 51,4 88,05
ИК-3 HCl 1000 6 3,16 106,50 99,06 - - -
15 % 12 3,01 122,53 99,18 - - -
24 3,81 106,91 99,06 - - -
2 - - - 68,66 46,19 79,84
ИК-4 HCl 1000 6 7,07 51,46 98,06 - - -
15 % 12 6,06 63,14 98,42 - - -
24 6,74 59,20 98,31 - - -
2 - - - 5,38 543,5 99,82
ИК-3 H2SO4 1000 6 1,28 338,64 99,70 - - -
20 % 12 1,35 372,07 99,73 - - -
24 1,20 394,78 99,75 - - -
2 - - - 8,30 351,6 99,72
ИК-4 H2SO4 1000 6 3,01 144,01 99,31 - - -
20 % 12 3,37 149,05 99,33 - - -
24 2,90 163,36 99,39 - - -
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 ИК-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
февраль, 2024 г.
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. a-Alkenylphenones-a new class of acid corrosion inhibitors // Corrosion 44. 1988. P. 590-598.
6. Finsgar 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.
