CC BY
7УДК 547.541.2.
1 2 Гюльсум Энвер гызы Гаджиева , Нармин Али гызы Мамедова
1 2
, Институт нефтехимических процессов Национальной академии наук Азербайджана, Баку, Азербайджан [email protected] [email protected]
Автор, ответственный за переписку: Гюльсум Энвер гызы Гаджиева,
gulsum. mete@mail. ru
ПРОИЗВОДНЫЕ ПАЛЬМОВОГО МАСЛА В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРОВ
КОРРОЗИИ
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
12 Gulsum Enver gizi Hajiyeva , Narmin Ali gizi Mam€dova
12 Institute of Petrochemical Processes, Baku, Azerbaijan
Corresponding author: Gulsum Enver gizi Hajiyeva, [email protected]
DERIVATIVES OF PALM OIL AS CORROSION INHIBITORS
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
В представленной работе нами осуществлен анализ результатов научных исследований в области применения производных хлопкового масла в качестве ингибиторов коррозии и отмечены перспективы их применения в качестве ингибиторов зеленой химии. Так, в работе [1] исследовано влияние пальмового масла в качестве ингибитора коррозии на ковкий чугун (КЧ) и мягкую сталь. Использовалась методика потери веса. На каждый купонобразец наносили пальмовое масло, прежде чем подвергать его воздействию различных внешних факторов. Результаты показали, что в 1M NaOH не произошло заметной коррозии как на образцах из ковкого чугуна, так и на образцах из мягкой стали даже в течение 1344 часов (7 недель) эксперимента. Когда образцы подвергались воздействию пресной воды, ингибированной пальмовым маслом, скорость коррозии образцов КЧ сначала была высокой, а затем резко снизилась. Однако для образцов из мягкой стали изначально была низкая скорость коррозии, которая впоследствии резко возросла. На импрегнированном КЧ, подвергнутом воздействию воздуха, потери от коррозии были незначительными или отсутствовали, в то время как пропитанная низкоуглеродистая сталь, подвергнутая воздействию воздуха, изначально подверглась коррозии. Для моделируемой морской воды, ингибированной пальмовым маслом, было небольшое начальное коррозионное воздействие, за которым последовало резкое увеличение коррозионного воздействия. Из этого исследования можно сделать вывод, что пальмовое масло может быть хорошим сырьем для
приготовления «экологически чистых» ингибиторов коррозии. Было доказано, что пальмовое масло продемонстрировало высокую эффективность ингибирования, особенно в отношении коррозии ковкого чугуна в 1M NaOH и на воздухе. Он также показал себя как надежный защитный экран от коррозии мягкой стали в 1M NaOH.
Ингибитор зеленой химии на основе косточкового пальмового масла (PKO) был приготовлен для исследования его ингибирующего действия на коррозию стали ASTM A36 в растворе хлорида натрия. Метод аминолиза использовали для синтеза зеленого ингибитора и получения диэтаноламина жирной кислоты. Затем готовили смесь ПКО и диэтаноламина в соотношениях 1:6 и 1:20. Эти смеси добавляли в раствор хлорида натрия с концентрацией 50, 100, 500 и 1000 ppm и использовали в качестве рабочего раствора при коррозионных испытаниях. Коррозионные испытания проводились с использованием анодной поляризации. Подтверждение микроструктуры поверхности сталей проводили с помощью оптического микроскопа. Результаты, полученные при испытаниях на коррозию, показали, что ингибиторы пальмового масла, особенно пальмоядрового масла (ПКО), обеспечивают хороший антикоррозионный эффект. Настоящая работа дала очень многообещающие результаты в приготовлении ингибиторов сырой коррозии.
В работе [3] сообщается, что биодизельные продукты проявляют коррозионные свойства. Биодизель содержит компоненты насыщенных и ненасыщенных сложных эфиров, которые имеют тенденцию быть нестабильными, чувствительными к свету, температуре и ионам металлов. Таким образом, это исследование направлено на синтез биодизеля из различных растительных масел (пальмовое масло, подсолнечное масло и масло свечного ореха), а также на анализ его коррозионного воздействия на железные стружки и характеристику биодизеля. Этапы исследований были следующие: синтез метилового эфира и его характеристика, коррозионные испытания. Результаты показали, что характеристики метилового эфира образцов соответствуют требованиям SNI7182: 2015. По результатам ГХ -МС наибольшие компоненты метиловых эфиров свечного масла и подсолнечного масла составляли 35,04% метилолеата и 46,79% метилолеата соответственно, в то время как в пальмовом масле самыми большими компонентами были 41,60% метилолеата и 41,16%. метилпальмитат. Испытание на коррозию показало, что скорость коррозии железного гвоздя в биодизеле при комнатной температуре была ниже 70 °С. На основании результатов ГХ-МС и СЭМ биодизель содержал высокое содержание ненасыщенных жирных кислот и имел низкую скорость коррозии, т. е. при комнатной температуре метиловый эфир пальмового масла, масла свечного ореха и подсолнечного масла составлял 0,006, 0,011 и 0,011 м.д./год. соответственно, а при 70 °С они составляли 0,011, 0,016 и 0,017 млн./год соответственно. Результаты соответствовали результатам СЭМ при высокой температуре и значительно высоком содержании ненасыщенных жирных кислот. На это указывало образование ямок.
Экстракт пустых плодов масличной пальмы (OPEFB) был оценен как ингибитор коррозии мягкой стали в 1 М соляной кислоте с использованием метода снижения веса [4]. Экстракт OPEFB готовили в различных концентрациях 0,2-1,0 % об.. для предварительного изучения. Оптимизация на основе центрального композитного дизайна была задействована для анализа факторов и максимизации эффективности ингибирования. Максимальная эффективность ингибирования оценивалась до 99,95%. Исследования с помощью инфракрасной спектроскопии Фурье-преобразования (FTIR) и сканирующей электронной микроскопии (SEM) подтвердили наличие активных соединений и отложение экстракта на поверхности металла. Термодинамическое исследование показало, что адсорбция протекает по изотерме Ленгмюра, а механизм ингибирования имеет тенденцию к физиономии.
В работе [5] было исследовано действие экстракта листьев масличной пальмы (Elaeis guineensis) в качестве ингибитора коррозии углеродистой стали в солевом растворе. Углеродистая сталь была вырезана и обработана до коррозионных образцов и погружена в 0,5 М раствор NaOH, содержащий различные концентрации ингибитора (0,5%,
1%, 1,5%, 2%, 2,5% об./об.) в течение пятнадцати недель. В этой статье сообщается о результатах, полученных методом потери веса, рассчитаны скорости коррозии, изменение степени покрытия поверхности в зависимости от температуры, изменение энергии активации и теплоты адсорбции. В результате было обнаружено, что адсорбция Elaeis guineensis снижает скорость коррозии стали в солевом растворе. Установлено, что наиболее подходящая концентрация ингибитора составляет 2,0% с эффективностью ингибирования 45%. Полученные результаты показывают, что экстракт может служить эффективным ингибитором коррозии углеродистой стали в солевом растворе с концентрацией 2,0%. Механизм ингибирования заключается в хемосорбции, и адсорбированные молекулы ингибитора лежат на поверхности сплава, блокируя активные очаги коррозии на сплаве. Следовательно, придание сплаву более высокой коррозионной стойкости в исследуемой среде.
Коррозионная стойкость арматуры из углеродистой стали оценивалась в моделированном бетоне, карбонизированным поровым раствором (SCPCPS), загрязненным ионами хлора с и без присутствия порошка волокон пальмового масла (POFP) в качестве естественного ингибитора коррозии посредством электрохимической импедансной спектроскопии (ЭИС) в зависимости от времени. Результаты показывают, что POFP влияет на образование пассивного слоя, который смягчает процесс коррозии. Самая высокая концентрация ингибитора привела к самым высоким значениям коррозионной стойкости [6].
Отмечается [7], что лигнин является вторым наиболее естественным органическим полимером на Земле и может быть получен из отходов производства древесной массы масличной пальмы в виде черного щелока. Эффективность ингибирования крафт-лигнином (KL) и содовым лигнином (SL) коррозии низкоуглеродистой стали в 3,5% (вес/объем) хлорида натрия при двух уровнях pH была оценена методом потери веса, электрохимическими методами и анализом поверхности с использованием Концентрация ингибитора 50-800 частей на миллион (масса/объем) при 25°C. Как KL, так и SL могут служить хорошими ингибиторами для вышеупомянутой системы. KL давал максимальную эффективность ингибирования 95 и 92% для pH 6 и pH 8 соответственно при высоких концентрациях ингибитора, тогда как SL давал эффективность ингибирования 97 и 95% для pH 6 и pH 8 соответственно при концентрации ингибитора 800 ppm. Поляризационные исследования подтвердили, что KL и SL являются ингибиторами смешанного типа. И KL, и SL подчиняются изотерме адсорбции Ленгмюра при двух уровнях pH и 25 °C. ИК-Фурье-спектроскопия и анализ поверхности подтвердили, что на поверхность мягкой стали влияла адсорбция лигнина на поверхности с образованием соединений трехвалентного железа и лигнина. Компоненты ржавчины, особенно лепидокрокит, были уменьшены; следовательно, лигнин можно использовать в качестве преобразователя ржавчины.
Из жирных кислот, содержащихся в пальмовом масле, было синтезировано неионогенное поверхностно-активное вещество-гемини, а именно бис(2-((2-пальмитоамидоэтил)амино)этил)1Н-имидазол-4,5-дикарбоксилат, которое было оценено как ингибитор коррозии для супермартенситной нержавеющей сталь типа UNS S41425 в присутствии H2S [8]. Используемые методики включали потенциодинамические поляризационные кривые, измерения сопротивления линейной поляризации и электрохимического импеданса. Дополнительно полученный ингибитор был
1 13
охарактеризован с помощью инфракрасной и 'H, 13C ЯМР -спектроскопии. Результаты показали, что скорость коррозии стали заметно снижалась при добавлении ингибитора имидазольного типа, достигая максимальной эффективности при определенной концентрации ингибитора, уменьшаясь при дальнейшем увеличении его концентрации. Это снижение скорости коррозии было связано с физической адсорбцией ингибитора на поверхности стали в соответствии с изотермой адсорбции ленгмюровского типа, влияющей как анодные, так и катодные реакции.
Отмечается [9], что использование природного ингибитора коррозии является альтернативой использованию синтетических ингибиторов коррозии и неорганических ингибиторов. Выбор красного пальмового масла в качестве природного ингибитора коррозии обусловлен тем, что масло богато молекулами бета-каротина и витамина Е, обладает высокими антиоксидантными свойствами. Кроме того, присутствие молекул гетероатомов в красном пальмовом масле обеспечит лучшую адсорбцию на поверхности стали и, таким образом, предотвратит коррозию. Это исследование проводится для изучения эффективности использования красного пальмового масла в качестве ингибитора коррозии мягкой и углеродистой стали в 1 М растворе соляной кислоты. Целью данного исследования является определение функциональной группы в красном пальмовом масле и проведение морфологического анализа на поверхности стали после погружения в раствор среды с ингибитором и раствор среды без ингибитора. На основе потери веса и метода поляризации Тафеля обе стали претерпели снижение скорости коррозии, а эффективность ингибитора увеличилась при добавлении красного пальмового масла. На основе изображения, полученного с помощью сканирующего электронного микроскопа, ясно видно, что поверхность стали, покрытой красным пальмовым маслом, менее подвержена коррозии по сравнению со сталью без покрытия. Характеристика красного пальмового масла с использованием таких инструментов, как инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье ^ТГО.) и газовая хроматография (GC), доказала существование нескольких гетероатомных молекул, которые действуют как адсорбент на поверхности стали.
Коррозия металлов стала проблемой мирового значения из-за ее пагубных последствий, когда агрессивные среды используются практически во всех отраслях промышленности, и существует множество методов, используемых для ее замедления или предотвращения, но есть несколько ограничений, которые ограничивают использование этих методов. и одним из этих ограничений является их воздействие на окружающую среду. Одним из этих методов, используемых для предотвращения коррозии, являются химические ингибиторы, и они делятся на две категории, органические и неорганические, в зависимости от химических компонентов ингибиторов. Неорганические ингибиторы используются для предотвращения коррозии, но они токсичны, поэтому в последние годы большое внимание уделяется ингибиторам, безопасным для окружающей среды. Поскольку они доступны по цене, возобновляемы, биоразлагаемы и, самое главное, безопасны как для окружающей среды, так и для человека, Наиболее интенсивно исследуются ингибиторы коррозии растительных экстрактов. В этом обзоре [10] обобщаются достижения, возможности и недавний прогресс в использовании различных порций пальмового масла в качестве ингибитора коррозии в различных условиях и на различных металлах, а также оценивается эффективность с использованием различных методологий. Пальмовое масло является одним из распространенных натуральных масел в азиатских странах, таких как Малайзия. Эти результаты показывают, что пальмовое масло можно использовать для производства ингибиторов зеленой химии, что является отличным способом использования пальмового масла с пользой для окружающей среды и показан недавний прогресс в использовании различных порций пальмового масла в качестве ингибитора коррозии в различных условиях и на различных металлах и оценка эффективности с использованием различных методологий
Коррозия может привести к сбоям в инфраструктуре предприятия и машинам, ремонт которых обычно обходится дорого, загрязняя продукт и нанося ущерб окружающей среде [11]. Ингибитор зеленой химии представляет собой ингибитор коррозии, который обычно получают из экстракта растений и который может ингибировать коррозию посредством механизма хемосорбции и/или физической сорбции на поверхности металла или вступая в реакцию с ионами металла и образуя осадок барьерного типа на его поверхности. В этой статье обсуждается ингибирование коррозии низкоуглеродистой стали путем добавления пальмового масла и кукурузного масла в качестве ингибиторов зеленого цвета. Мы также сравнили действие этих ингибиторов в водной и морской среде. Коррозионное поведение
низкоуглеродистой стали определяли иммерсионными и электрохимическими испытаниями. Испытание на погружение проводили путем погружения образцов в дистиллированную воду и 3. 5% раствор NaCl с ингибиторами и без них в течение 1, 2, 4, 6 и 8 недель. Концентрация используемых ингибиторов составляла 100 г/л как для кукурузного масла, так и для пальмового масла. Для анализа результатов использовали сканирующую электронную микроскопию, энергодисперсионную спектроскопию и рентгеновский дифрактометр. Результаты испытаний на погружение показывают небольшое увеличение веса низкоуглеродистой стали, погруженной в присутствии ингибиторов, что свидетельствует о формировании тонкого защитного слоя, который действует как барьер против коррозии. Ингибитор кукурузного масла в дистиллированной воде показывает наибольшую эффективность ингибирования. Его эффективность ингибирования составляет 93,9%, что немного выше, чем у пальмового масла (91,5%) в аналогичной среде.
Краска используется в качестве средства защиты от коррозии поверхностей с течением времени [12]. Это исследование направлено на разработку краски на биологической основе, изготовленной из метилового эфира пальмового масла (POME), полученного из сырого пальмового масла (CPO). Для защиты трубопровода от коррозии был разработан новый состав краски, что снижает эксплуатационные расходы. Краска на биологической основе состоит из четырех компонентов: растворителя, связующего, добавок и пигмента. Растворителем в краске на биологической основе является POME. В качестве добавок используются смачивающие и диспергирующие агенты. Пигмент, используемый в краске на биологической основе, представляет собой TiO2. Рецептура была разработана с использованием постоянного количества добавок и связующего, но варьируя количество POME на 10 мл, 15 мл, 20 мл, 25 мл и 30 мл с добавлением воды. Стандартные методы испытаний для измерения скорости коррозии (ASTM G5-94 (2011)) были проведены для каждого образца. В заключение доказано, что при создании состава краски на биологической основе для лучшего ингибитора коррозии; оптимальное количество связующего, добавок и пеногасителя, которое следует использовать, составляет 20 мл, 10 мл и 10 мл соответственно.
Лигноцеллюлозная биомасса представляет собой биоразлагаемый продукт, отходы или остатки, происходящие из сельского хозяйства и аквакультуры, в основном состоящие из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина [13]. Вайя масличной пальмы (OPF) является одним из основных источников лигноцеллюлозной биомассы в Малайзии, поскольку она ежегодно производится в больших количествах в виде отходов операций по переработке масличной пальмы. Лигнин, который может быть использован в качестве антиоксиданта, стал основным объектом исследования. Однако его гидрофобность ограничивала его возможности для любых других возможных применений. Для решения этой проблемы необходима модификация его сложной структуры. В этом исследовании сообщается о сравнительных структурных характеристиках и антиоксидантной активности автогидролизованного этанолорганосольвенлигнина (АНФЭЛ), экстрагированного из ОПФ, и модифицированного автогидролизованного этанолорганосольвенлигнина путем включения м-крезола (АГСЭОЛ) и 4-нитрофенола (АНФЭЛ). Химическая модификация с использованием органического поглотителя в процессе делигнификации повысила растворимость модифицированного лигнина за счет снижения его гидрофобных свойств и преобразования структуры в более мелкие фрагменты. Ингибирующее действие на коррозию низкоуглеродистой стали в 0,5 М растворе HCl изучали методами электрохимического импеданса (ЭИС) и потенциодинамической поляризации. Исследования показали, что скорость коррозии низкоуглеродистой стали может быть снижена в присутствии модифицированного лигнина.
В наших работах были приготовлены композиции на основе турбинного масла Т-30 и солей жирных кислот пальмового масла (Co, Zn, Cu, Fe, Mn, Cr, Ni, Ca) в различных концентрациях (5 %, 7 %, 10 %) ив различных соотношениях (1:4, 1:9, 9:1 и др.) и исследован их антикоррозионный эффект для стали в агрессивных средах. Защитный эффект полученных композиций представлен в табл. 1
Таблица 1.
Антикоррозионный эффект приготовленных композиций
Код композиции Антикоррозионный эффект, gunlэсутки
В гидрокамере"Г-4" В морской воде В 0.001%-ном растворе H2SO4
Турбинное масло Т-30 37 19 14
X-97 197 97 85
X-98 234 105 90
X-99 262 114 99
X-100 107 59 41
X-101 113 66 53
X-102 125 70 61
X-106 112 69 54
X-107 139 71 63
X-108 150 77 66
X-103 153 77 67
X-104 168 81 74
X-105 181 89 79
X-112 141 77 68
X-113 167 84 71
X-114 178 90 88
X-109 112 67 53
X-110 122 70 66
X-111 131 74 69
X-115 167 80 74
X-116 178 86 78
X-117 194 90 85
X-118 122 79 70
X-119 131 81 75
X-120 166 88 79
Как видно из таблицы, композиция X- 97 (турбинное масло Т-30 + Zn соль жирных кислот пальмового масла при концентрации 95%+5%) имеет защитный эффект для стали в гидрокамере "Г-4" 197 дней, в морской воде 97 дней, а в 0,001 %-ном растворе. H2SO4 85 дней. Однако для композиции X-99 (турбинное масло T-30 + Zn соль пальмового масла при концентрации 90%+10%) защитный эффект для стали в гидрокамере составил 262 дней, в морской воде - 107 дней, а в 0,001 %-ном растворе H2SO4 он составляет 97 дней. Это говорит о том, что с увеличением концентрации производного пальмового масла антикоррозионный эффект композиции возрастает.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что производные пальмового масла могут быть рекомендованы для применения в качестве компонентов ингибиторов коррозии.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Daniyan A., Ogundare O., Attahdaniel E., Wukari E. Effect of Palm Oil as Corrosion Inhibitor on Ductile Iron and Mild Steel // Pacific Journal of Science and Technology, 2011, Vol. 12, No 2, pp. 45-51
2. Prasetyo H.A., Hastuty S., Kirana N., Nughoro A. The Effectivity of Oil Palm Inhibitor Processed by Aminolysis to Control Corrosion on Steel in Sodium Chloride Environment // Journal of Physics Conference Series, 2021, Vol. 2080, pp. 12027-12031
3. Santoso A., Agustip N., Sumari S., Marfuah S. Synthesis of methyl esters from palm oil, candlenut oil, and sunflower seed oil and their corrosion phenomena on iron nail // AIMS Material Science, 2022, Vol. 9, No 5, pp. 719-732
4. Haris N., Shafreeza H., Sobri S., Kassim N. Oil palm empty fruit bunch extract as green corrosion inhibitor for mild steel in hydrochloric acid solution: Central composite design optimization // Materials and Corrosion, 2019, No 2, pp. 653-662
5. Abhulimen E.A. An investigation on the optimal concentration of oil palm (elaeis guineensis) leaves extract as corrosion inhibitor of carbon steel in deaerated saline solution // Applied Bionics and Biomechanics, 2018, Vol. 2, No 2, pp. 109-113
6. Silva D.R., Costa L.G., Santos N., Capelossi V.R. Corrosion inhibition of carbon steel by palm oil fiber powder in carbonated concrete pore solution in presence of chloride ions // ICC INTERCORR WCO, 2021, Vol. 465, pp. 1-3
7. Akbarzadeh E. The Lignin of Oil Palm as Green Corrosion Inhibitor of Steel: A Comprehensive Study on Native Soda and Kraft Lignin // Corrosion Inhibition of Mild Steel and Near Neutral Solution by Kraft and Soda Lignin and Their Related Monomers, 2011, Lambert Academic Pnblishing, pp. 9661-9666
8. Carmona-Hernandez A., Vazquez-Velez E., Gonzales-Rodriquez, Gomez L. Use of an imidazol synthetized from palm oil as a corrosion inhibitor for a supermartensitic stainless steel in H2S // Green Chemistry Letters and Reviews, 2019, Vol. 12, No 1, pp. 89-99
9. Shafiee R., Ashri A., Zulkafli M., Othman N. Effect of Red Palm Oil as a Natural Corrosion Inhibitor toward Carbon Steel and Mild Steel in 1 M of Hydrochloric Acid Solution) // Malaysian Journal of Analytical Science, 2015, Vol. 19, No 4, pp. 679-691
10. Faraj M.W., Al-Amiery A. Palm oil as green corrosion inhibitors for different metal surfaces and corrosive media: A review // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 2022, Vol. 11, No 1, pp. 465-477
11. Khalim N., Hamzah E. Comparative Study of Palm Oil and Corn Oil as Corrosion Inhibitor for Low Carbon Steel // Key Engineering Materials, 2016, Vol. 706, pp. 9-15
12. Mohibah M., Mirandatul R., Najmiddin Y., Hamid K. Development of bio-based paint by using methyl esters from palm oil for corrosion inhibitor // Malaysian Journal of Analytical Sciences, 2013, Vol. 17, No 1, pp. 30-37
13. Hussin M., Rahim A., Atiqab X. Modification of Lignin Extracted from Oil Palm Fronds (OPF) as Mild Steel Corrosion Inhibitors // Corrosion Inhibition of metals, 2019, Vol. 451, N0 5, pp. 461-467
Информация об авторах Г.Э. Гаджиева — кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Исследование антимикробных свойств и биоповреждений»; Н.М. Мамедова — кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Исследование антимикробных свойств и биоповреждений».
Information about the authors G.E. Gadjiyeva - Candidate of Chemical Sciences, leading researcher laboratory "Study of antimicrobial properties and biodamage";
N.M. Mammadova - Candidate of Chemical Sciences leading researcher laboratory "Study of antimicrobial properties and biodamage".
