CC BY
12
№ 11(92)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2021 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2021.92.11.12605
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ И КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНГИБИТОРОВ НА ОСНОВЕ а- АМИНОКЕТОНОВ
Курбанов Мингникул Жумагулолвич
канд. хим. наук, доц. кафедры химии, Каршинского госуниверситета, Республика Узбекистан, г. Карши Е-mail: kurbanovmj@mail. ru
Рахматова Гузал Ботировна
канд. техн. наук,
Каршинского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши. Е-mail: raxmatova85guzal@mail. ru
APPLICATION OF THE TEMPERATURE AND CONCENTRATION DEPENDENCE OF THE EFFECTIVENESS OF INHIBITORS BASED ON a -AMINO KETONES
Mingnikul Kurbanov
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemistry,
Karshi State University, Uzbekistan, Karshi
Guzal Rakhmatova
Candidate of Technical Sciences, Karshi Engineering and Economic Institute, Uzbekistan, Karshi
АННОТАЦИЯ
Исследованы антикоррозионные свойства а-аминокетоны тиаинданового и тиохроманового ряда в растворе 15%-ной соляной и 20%-ной серной кислоты. Установлено, что исследуемые соединения в этих средах проявляют высокие защитные свойства при кислотной коррозии.
ABSTRACT
The anticorrosive properties of а-amino ketones of the thiaindane and thiochroman series in a solution of 15% hydrochloric and 20% sulfuric acid have been studied. It was found that the compounds under study in these environments exhibit high protective properties against acid corrosion.
Ключевые слова: тиаиндан, тиохроман, ингибитор, аминокетоны, коррозия, гравиметрия, вторичный амин. Keywords: thiaindan, thiochroman, inhibitor, amino ketones, corrosion, gravimetry, secondary amine.
Повреждение стальных компонентов коррозией является неотложной проблемой, которая требует должного внимания и мудрости научного сообщества, чтобы избежать экономических и социальных потерь. Это вызывает серьезную озабоченность в промышленности из-за риска для целостности завода и снижения эффективности нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих заводов. Применение ингибиторов коррозии является одним из эффективных методов предотвращения коррозии. Исследования ингибиторов коррозии являются важными долгосрочными инвестициями и имеют стратегическое значение в связи с экономическим и экологическим
аспектом коррозии. В нашей стране достигнуты значительные успехи в разработке теории защиты металлов от коррозии ингибиторами, полученными целенаправленным синтезом. С целью направленного синтеза получения наиболее эффективных гетеро-полифункциональных соединений, используемых в качестве ингибитора коррозии, мы приступили к систематическому изучению поведения органических соединений с различными гетероатомами и функциональными группами. Предполагается, что ингибирование коррозии в растворе происходит за счет адсорбции ингибитора на поверхности металла.
Библиографическое описание: Курбанов М.Ж., Рахматова Г.Б. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ И КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНГИБИТОРОВ НА ОСНОВЕ а- АМИНОКЕТОНОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 11(92). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12605
№ 11(92)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2021 г.
Характер адсорбции определяется различными факторами, такими как тип агрессивной среды, природа и заряд металла, заряд и дипольный момент ингибитора и т.д. Сложный характер коррозии, а также адсорбции затрудняет предвидение единого механизма адсорбции. Как было предложено несколькими авторами, взаимодействие между протониро-ванной формой ингибитора и отрицательно заряженной поверхностью раздела металл-раствор создает защитную пленку, которая предотвращает контакт металла с агрессивной средой (физическая сорбция) [1, 16657-16668], [2, 82-95]. Применение гравиметрического метода определения антикоррозионных характеристик синтезированных ингибиторов, несмотря на некоторые его ограничения, он простой и информативностью позволяют напрямую оценивать эффективность действия ингибиторов без применения сложного и дорогостоящего оборудования, получая при этом большой массив данных за короткие сроки испытания [3, 1270-1298]. В данной части исследования определены ингибирующие свойства а-пиперидино-5ацетил-2-метил-1 -тиа-индан (АИТ-1), а-морфалино-5-ацетил-2-метил-1-тиаиндан (АИТ-2), а-пиперидино-6-ацетил-1-тио-хроман (АИТ-3) и а-морфалино-6-ацетил-1-тиохро-ман (АИТ-4) при различной температуре. Ингибиру-ющие свойства соединений исследовались гравиметрическим способом на образцах из трубной стали Ст-3, размером 40х20х3 мм. Коррозионно-
агрессивной средой служили растворы 15%-ной HCl, и 20%-ной H2SO4, 1М HCI и 1М H2SO4. Полученные результаты приведено ниже в виде таблицы.
В таблице 1 представлены результаты изучения ингибирующего действия АИТ-1 и АИТ-2 в растворах 15%-ной НС1и 20%-ной H2SO4 при 200С. Как видно из данных таблиц повременим, с повышением концентрации эффективность ингибиторов увеличивается. В растворе серной кислоты эффективность АИТ-1 и АИТ-2 несколько выше, чем в соляной кислоте. Зависимость коэффициента торможения коррозии Ст-3 в 15% НС1 и 20% H2SO4 при 200С от концентрации изучаемых соединений АИТ-1и АИТ-2, с добавлением 10-4 моль/л (25 мг/л) ингибитора скорость растворения резко снижается. При дальнейшем увеличении концентрации ингибитора от 4х10-3 до 2х10-3 моль/л (100 до 500 мг/л) коэффициент торможения почти остается одинаковым. В растворе серной кислоте эффективность ингибиторов возрастает примерно прямолинейно с увеличением концентрации ингибитора. Коэффициент торможения ингибиторов АИТ-1 и АИТ-2 при концентрациях 1х10-4 и 4х10-4 моль/л во времени возрастает. При повышении температуре защитное действие а-ами-нокетонов-1-тиаинданового и 1-тиохромановго ряда соляной и серной кислотах непрерывно возрастает. В таблице 1 приведено результаты исследования ингибирующей способности АИТ-1 и АИТ-2.
Таблица 1.
Результаты исследования ингибирующей способности соединений типа АИТ при 20 0С в 15% HCl и 20% H2SO4
Шифр ингибитора Количество ингибитора мг/л Время, час 15% HCl 20% H2SO4
Кг/м2Ч Y Z% Кг/м2Ч Y Z%
АИТ-1 50 2 0,84 23,80 95,80 1,84 16,64 93,99
4 0,89 23,59 95,76 0,97 30,61 96,73
6 0,84 27,26 96,33 0,95 31,78 96,85
100 2 0,46 43,47 97,70 0,87 35,97 97,22
4 - - - 0,93 31,93 96,86
6 - - - 0,92 32,82 96,95
250 2 0,48 41,66 97,60 0,50 62,60 98,40
4 0,33 55,26 98,12 0,45 66,00 98,48
6 0,38 60,26 98,34 0,45 67,11 98,50
500 2 0,48 41,66 97,60 0,48 65,20 98,46
4 0,36 58,33 98,28 0,36 82,50 98,78
6 0,31 73,87 98,64 0,39 77,43 98,70
1000 2 0,55 36,36 97,25 0,38 82,36 98,78
4 0,45 46,66 97,85 0,34 87,35 98,85
6 0,39 58,71 98,29 0,36 83,88 98,80
АИТ-2 25 2 1,15 17,39 94,25 0,95 32,94 96,96
4 1,16 18,10 94,47 - - -
100 2 0,89 22,47 95,55 0,89 35,16 97,15
4 0,78 26,92 96,28 - - -
№ 11(92)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2021 г.
Шифр ингибитора Количество ингибитора мг/л Время, час 15% HCl 20% H2SO4
K^M24 Y Z% Хг/м2Ч Y Z%
250 2 0,59 33,89 97,05 0,53 59,05 98,30
4 0,49 42,85 97,66 - - -
500 2 0,48 41,66 97,60 0,34 92,05 98,91
4 0,39 53,84 98,14 - - -
1000 2 0,35 57,14 98,25 0,20 156,5 99,36
4 0,38 55,26 98,19 - - -
Повышение концентрации исследуемых соединений в растворе до 1000 мг/л (0,004 моль/л) способствует росту их защитного действия до 95,3 -99,6%. Защитные действия ингибиторов АИТ-3 и АИТ-4 в серной кислоте выше, чем в соляной кислоте. Как видно из данных таблице 2 изучаемые ингибиторы АИТ-3 и АИТ-4 проявляют высокое ингибирующие действия (92-98%) в 15%-ном НС1 ив 20%-ном Н2SO4 даже при такой незначительной концентра-
ции как 50 мг/л. Наиболее эффективными ингибиторами коррозии в растворе НС1 являются соединения с морфолиновым радикалом (АИТ-4), которые уже при концентрации 50 мг/л в системе уменьшает скорость коррозии в 30 раз, а при концентрации 1000 мг/л в 50 раз. АИТ-4 (табл.2) проявляет более высокие величины степени защиты в растворах со всеми кислыми добавками, что, очевидно, связано с формированием более прочных защитных пленок на поверхности стали.
Таблица 2.
Результаты исследования эффективности ингибиторов коррозии при 20 0С в 15% HCl и 20% H2SO4
Шифр ингиби-тора Коли-чество 15% HCl 20% H2SO4
ингибитора, мг/л Время час Kг/м2ч Y Z% Kг/м2ч Y Z%
2 1,77 11,31 91,15
50 4 1,50 14,00 92,86
АИТ-3 6 1,17 19,61 94,90
2 0,94 21,29 95,30 0,40 78,25 98,72
1000 4 0,68 30,88 96,76 0,35 84,86 98,82
6 0,59 38,88 97,42 0,52 58,12 98,91
2 0,68 29,42 96,60 0,44 71,14 98,59
50 4 0,58 36,20 97,23 0,26 114,2 99,12
АИТ-4 6 0,48 47,79 97,90 0,33 91,58 98,91
2 0,50 40,02 97,50 0,17 184,0 99,46
1000 4 0,30 70,00 98,57 0,15 198,0 99,49
6 0,30 76,46 98,69 0,14 215,8 99,54
Эффективность ингибиторов АИТ-1, АИТ-2, АИТ-3 и АИТ-4 в предотвращены коррозии стали Ст-3 в 1000 мг/л в 15% HCl и 20% H2SO4 был прежде всего проверен с использованием измерений потери веса при 60-95,50С после 6 ч погружения. Потеря веса образцов из стали Ст-3 до и после погружения может быть использована для оценки таких параметров коррозии, как скорость коррозии (у) и эффективность ингибирования (Z%) при различных концентрациях, с использованием следующих
уравнений и полученные результаты приведены в таблице 3.
K
m1 - m2 0
-—-1000 g/m2
s* t ь
где: ml - масса образца до испытания в граммах, m2 - масса образца после испытания в граммах, s -площадь поверхности образца в квадратных метрах ^2) и ^ продолжительность опыта, в час.
• 7universum.com
universum:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_ноябрь. 2021 г.
Таблица 3.
Результаты исследования эффективности ингибиторов коррозии при различной температуре в 15% HCl и 20% H2SO4
№ 11(92)
60°С 95,5°C
Шифр ингибитора Среда % Количество ингибитора мг/л Время час Кг/м2Ч Y Z% Кг/м2Ч Y Z%
1 - - - 61,74 51,4 88,05
АИТ-3 HCl 15% 2 3,16 106,50 99,06
1000 4 3,01 122,53 99,18
6 3,81 106,91 99,06
1 - - - 68,66 46,19 79,84
АИТ-4 HCl 15% 2 7,07 51,46 98,06
1000 4 6,06 63,14 98,42
6 6,74 59,20 98,31
1 - - - 5,38 543,5 99,82
АИТ-3 H2SO4 20% 2 1,28 338,64 99,70
1000 4 1,35 372,07 99,73
6 1,20 394,78 99,75
1 - - - 8,30 351,6 99,72
АИТ-4 H2SO4 20% 2 3,01 144,01 99,31
1000 4 3,37 149,05 99,33
6 2,90 163,36 99,39
С повышением температуры до 60-90оС (табл.3.) ингибирующие действия АИТ-3 и АИТ-4 в соляной кислоте возрастает, а далее слабеет. В серной кислоте повышение температуре до 90-95оС способствует улучшению ингибирования коррозионного процесса. При этом степень защиты возрастает от 98,66% (у=74-184 при 200С) до 99,8% (у=201-542 при 950С). Изучаемые соединения по своим защитным свойствам стабильны во времени в растворах соляной и серной кислот. Как видно из полученных результатов исследуемые ингибиторы уже при концентрации 1000 мг/л в соляной кислоте 75-140 раз, а при концентрации 50 мг/л в соляной кислоте тормозят коррозию Ст-3 в 12-32 раза. Повышение температуры
0,7
N »
I 0,6
4 °>5
1 о»4
| °>3
| 0,2
= 0,1
0
0 5 10
Время, час
Рисунок 1. Зависимость потери массы от времени для стали Ст.3. в 20% H2SO4
Чтобы подтвердить возможность образования комплекса Ш^, использовали УФ - спектры поглощения, полученные данные из 1М раствора H2SO4, содержащего 1000 мг/л ингибиторов АИТ-4 до и после 6 часов погружения стали и приведены полученные спектры на рисунке 2. В рисунке показано
в исследуемых растворах защитное действие ингибиторов типа АИТ соляной и серной кислотах непрерывно возрастает.
Зависимость потери массы от времени для стали Ст.3. в 20% H2SO4 с ингибиторами изображены на рисунки 1. Из полученных графиков видно, что величина потеря массы металла значительно уменьшаются в присутствии ингибиторов по сравнению с контрольным раствором кислоты. Также было установлено, что скорость коррозии находится в обратной зависимости от концентрации ингибиторов и увеличивается вместе с повышением температуры для всех испытываемых композиций ингибиторов типа АИТ.
-0.2 .............. .
3SO 400 450 500 550 600 650 700 750 Wavelength.х (nm)
Рисунок 2. УФ-спектры 1М раствора H2SO4, содержащего 1000 мг/л ингибитора АИТ-4
отклонение значений поглощения и их интенсивности. После погружения стали в раствор для ингибиторов АИТ-4 наблюдаются увеличение абсорбции. Это свидетельствует о формировании комплекса между Fe2+ и функционально-активными группами ингибиторов. Образование этого комплекса может быть причиной
№ 11(92)
AunÎ
ж te;
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2021 г.
наблюдаемого отклонения в абсорбции и его значения интенсивности, и это может быть причиной антикоррозийной активности ингибиторов. Сканирующие электронные микрофотографии (СЭМ) изображения были сделаны для оценки защитной способности АИТ-4 в отношении коррозии стали Ст-3 в 1 М HCl. На рисунке 3 показаны сканирующие
электронные микрофотографии поверхности погруженной в 1 М HCl в отсутствие и в присутствии ингибитора АИТ-4, чтобы подтвердить эффективность АИТ-4 в качестве ингибитора коррозии. Пониженная скорость коррозии стали Ст-3 в 1 М HCl в присутствии АИТ-4 четко подтверждается меньшим количеством трешиниям на рисунке 3.
Без ингибитора в растворе 1М HCI
С ингибиторами в растворе 1М HCI
Рисунок 3. СЭМ-микрофотография стали Ст-3 в 1М HCl + АИТ-4
Таким образом, в ходе гравиметрического исследования антикоррозионных возможностей ингибиторов синтезированных на основе реакций взаимодействия бромацетил-1-тиаинданов и брома-цетил-1-тиохроманов с вторичными циклическими аминами установлены их ингибирующее действие кислотной коррозии конструкционной углеродистой стали марки Ст-3. У всех синтезированных ингибиторов присутствие атома серы связанного с одной стороны с фенилом и с другой стороны полуароматического цикла передает молекулы способность
к прочной хемосорбционного типа адсорбции, благодаря чему ингибиторы типа АИТ проявляют довольно высокие защитные свойства. Ингибиторы а-аминокетонов 1-тиаинданового и 1-тиахромано-вого ряда являются эффективными ингибиторами и они могут быть использованы при очистке поверхности стали от ржавчины, минеральных отложенный, при кислотной обработке нефтегазодобывающих скважин и других отраслях народного хозяйства.
Список литературы:
1. A. Kokalj, S. Peljhan, M. Finsgar, I. Milosev, What determines the inhibition effectiveness of ATA, BTAH, and BTAOH corrosion inhibitors on copper., J Am. Chem. Soc. 132 (2010) 16657-16668.
2. M. Finsgar, D. Kek, Merl, 2-mercaptobenzoxazole as a copper corrosion inhibitor in chloride solution: electrochemistry, 3D-profilometry, and XPS surface analysis, Corros. Sci. 80 (2014) 82-95.
3. S. Nesic' , W. Sun, 2.25 - Corrosion in acid gas solutions, in: J.A.R. Tony (Ed.), Shreir's Corrosion, Elsevier, Oxford, 2010,pp. 1270-1298.
