CC BY
24
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 8 № 3 2018
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ/ CHEMICAL SCIENCES Оригинальная статья / Original article УДК 54.052
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-3-12-17
СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ АКТИВНОСТИ СОЛИ СУЛЬФАТИРОВАННОГО АМИДА НА ОСНОВЕ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ И МОНОЭТАНОЛАМИНА
© Т.А.Ткачева, В.Н. Мезенцева, Н.А. Чигринева
Оренбургский государственный университет,
460018, Российская Федерация, г. Оренбург, пр-т Победы, 13
В работе представлены результаты получения калиевой соли сульфатированного амида, синтезированного на основе оливкового масла и моноэтаноламина, изучения поверхностно-активных свойств, а также защитной способности. Получено гелеобразное вещество светлого цвета, без запаха. Установлено, что в интервале концентраций от 0,033 до 0,2 моль/л поверхностное натяжение снижается от 22,07 до 20,95 дин/см. Методом ИК-спектроскопии установлено строение соединения. В ИК-спектре наблюдаются следующие полосы поглощения: при 874 см1, характерные для S-O связи; при 1164 см1, ответственные за S=O связи; при 1505 см1, 1709 см1, связанные с C=O и N-H связями в амидной группе. Определена защитная способность калиевой соли сульфатированного моноэтаноламида олеиновой кислоты, рассчитан коэффициент торможения, равный 2,5. Таким образом, синтезировано новое поверхностно-активное соединение, строение которого подтверждено методом ИК-спектрометрии, способное проявлять свойства ингибитора коррозии в кислой среде.
Ключевые слова: поверхностно активные вещества, этаноламид олеиновой кислоты, суль-фатирование, ингибиторы коррозии.
Формат цитирования: Ткачева Т.А, Мезенцева В.Н., Чигринева Н.А. Синтез и изучение поверхностной активности соли сульфатированного амида на основе олеиновой кислоты и моноэтаноламина // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018 Т. 8, N 3. С. 12-17. DOI: 10.21285/2227-29252018-8-3-12-17
SYNTHESIS AND SURFACE ACTIVITY OF SULPHATED AMIDES BASED ON OLEIC ACID AND MONOETHANOLAMINE
© T.A. Tkacheva, V.N. Mezentseva, N-А. CNgr^va
Orenburg state University,
13, Pobedy Avenue, Orenburg, Orenburg region, 460018, Russian Federation
This paper presents the results of a study aimed at synthesizing a potassium sulphated amide on the b asis of olive oil and monoethanolamine. The surface-active properties and protective ability of this compound are investigated. During experiments, a gel-like odourless substance of a light colour was obtained. It is established that the synthesized compound decreases the surface tension from 22,07 dyn/cm to 20,95 dyn/cm across a concentration range of 0,033 mol/L to 0,2 mol/L. The compound structure was determined using the method of infrared spectroscopy. The IR spectra obtained are shown to contain the following absorption bands: at 874 cm1, characteristic of the S-O bond; at 1164 cm1, characteristic of the S=O bond; at 1505 cm-1 and 1709 cm1, related to the C=O and N-H bonds in the amide group. The protective ability of potassium sulphated monoethanolamide oleate is established, with its inhibiting coe f-ficient being equal 2,5. It is concluded that the newly-synthesized surfactant can be successfully used for inhibiting corrosion in an acidic medium.
Keywords: surfactants, ethanolamine oleic acid, sulfate, corrosion inhibitors
For citation: Tkacheva T.A., Mezentseva V.N., CNgr^va N.A. Synthesis and surface activity of sulphated amides based on oleic acid and monoethanolamine. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya I Biotekhnologiya. [Proceedings of Universitets. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2018, vol. 8, no. 3, pp. 12-17. (in Russian). DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-3-12-17
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время поверхностно активные вещества находят применение не только в различных отраслях промышленности, но и в других сферах жизни человека. ПАВ используются в качестве веществ, замедляющих коррозию, препятствующих эмульгированию, а также выполняют роль моющих средств, флотореаген-тов. Важным свойством поверхностно активных веществ является их способность располагаться на поверхности раздела фаз, благодаря ди-фильному строению. Следствием такой «географии» является положительная адсорбция в результате снижения поверхностного натяжения. Концентрирование вещества в поверхностном слое термодинамически выгодно только в том случае, когда ПАВ характеризуются поверхностным натяжением, меньшим поверхностного натяжения растворителя. Кроме этого, важным требованием к ПАВ является их небольшая рас-
творимость, что предотвращает перемещение ПАВ с поверхностного слоя в объем жидкости. Важным достоинством, обуславливающим их промышленное применение, является возможность, даже в небольших концентрациях, увеличивать интенсивность технологических процессов, изменять свойства поверхностей в нужном направлении. В связи с чем возникает необходимость рассмотрения ПАВ в качестве ингибиторов коррозионных процессов, например, в нефтехимической отрасли, и разработки методик их синтеза из доступных исходных веществ.
Поверхностная активность соединений определяется их способностью к образованию мицеллярных систем за счет дифильности строения. Примером такого вещества, входящего в состав липидов животных и растительных жиров виде сложного эфира глицерина, может служить олеиновая кислота, которая является высшей жирной мононенасыщенной кислотой.
Рис. 1. Схема взаимодействия олеиновой кислоты и моноэтаноламина Fig. 1. Scheme of interaction of oleic acid and monoethanolamine
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе [1] представлена информация о получении и исследовании свойств солей суль-фатированных амидов на основе олеиновой кислоты и этаноламинов. Природные монокар-боновые кислоты, которые входят в состав растительных масел, являются одним из удобных видов сырья для синтеза ПАВ. В связи с этим использование оливкового масла, содержащего в составе олеиновую кислоту, вызывает как научный, так и практический интерес. Для синтеза соединения использовалось оливковое масло и моноэтаноламин (МЭА) в виде реактивного продукта марки «хч».
В основе реакции синтеза моноэтанолами-да олеиновой кислоты лежит методика, приведенная в работе [1]. Синтезированное вещество охарактеризовано как воскообразное соединение светло-коричневого цвета, с характерным запахом. Реакция взаимодействия олеиновой кислоты и моноэтаноламина показана на рис. 1.
На основе сульфатированного соединения синтезирована анионная поверхностно активная соль. Получено гелеобразное вещество, светлого цвета, не имеющее запаха. Общая
реакционная схема получения поверхностно активной соли представлена на рис. 2.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Методом ИК-спектроскопии установлено строение сульфатированного производного (рис. 3). В ИК-спектре наблюдаются полосы поглощения, характерные для S-О связи (при 874 см-1), S=О связи (при 1164 см-1), C=О и N-H связей в амид-ной группе (при 1505 см-1, 1709 см-1).
Эти данные подтверждают, что в результате реакции происходит сульфатирование моно-этаноламида олеиновой кислоты и серная кислота присоединяется к C=C связи.
Многие авторы описывают возможность применения ПАВ в качестве ингибиторов [1-5]1.
Засовская М. А., Цивилев Р.П. Поверхностное натяжение. Поверхностно-активные вещества. Адсорбция: метод. указания к самостоятельной работе и лабораторному практикуму студентов по коллоидной химии. Ухта: УГТУ, 2013. 20 с. Zasovskaya M.A., Tsivilev R.P. Poverkhnostnoe natyazhenie. Poverkhnostno-aktivnye veshchestva. Adsorbtsiya [Surface tension. Surface-active substances. Adsorption]. Ukhta: USTU Publ., 2013, 20 p.
Синтез и изучение поверхностной активности соли сульфатированного амида.
Рис. 2. Общая схема получения поверхностно активной соли Fig. 2. General scheme of surface active salt production
Рис. 3. ИК-спектр сульфатированного моноэтаноламида олеиновой кислоты Fig. 3. IR spectrum of sulfated monoethanolamide oleic acid
Поверхностную активность изучали ста-лагмометрическим методом. В качестве растворителя применялся изопропиловый спирт.
Для изучения ингибирующей способности была определена скорость коррозии объемным методом с водородной деполяризацией, но с учетом площади поверхности образца [6-10].
В качестве испытуемого образца была выбрана труба из стали. Коррозионно-актив-
ным компонентом системы выступала концентрированная соляная кислота. Опыт проводили для чистого образца и образца, обработанного поверхностно активной солью [11-14]. Для сравнения результатов двух опытов был построен график, показанный на рис. 5, который наглядно отображает замедление процесса при использовании поверхностно активного вещества.
X X
et
22,2 22 21,8 21,6 21,4 21,2 21 20,8
0,05
0,1 0,15
С, моль/л
0,2
0,25
Рис. 4. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора Fig. 4. Surface tension versus solution concentration
0,18 0,16 0,14 0,12 0,1
S 0,08 и
c= 0,06 0,04 0,02 0
246 ■^—Чистый образец
8 10 12 14
Образец, обработанный ПАВ
16
t, мин
Рис. 5. График сравнения результатов эксперимента Fig. 5. Comparison of the results of the experiment
ВЫВОДЫ
Установлено, что использование синтезированного поверхностно активного вещества замедляет протекание коррозионного процесса в 2,5 раза.
Таким образом, синтезировано новое поверхностно активное соединение, строение которого подтверждено методом ИК-спектрометрии, способное проявлять свойства ингибитора коррозии в кислой среде.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Исмаилов И.Т. Синтез и поверхностно-активные свойства солей сульфатированных амидов на основе олеиновой кислоты этанола-мидов // Kimya Problemleri. 2015. N 2. С. 144-153.
2. Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества. М.: Химия, 2004. 252 с.
3. Загитова А.И. Изучение адсорбции АПАВ на песчаной породе. М.: Химия, 2008. 246 с.
4. Алыков Н.М., Литвинова Г.Н. Поверхностно активные вещества. Строение, свойст-
ва. Астрахань : Изд-во Астр. гос. пед. ун-та, 2002. 130 с.
5. Карпеева И.Э., Зорина А.В, Шихалиев Х.С. Синтез амидов жирных кислот подсолнечного масла // Вестник ВГУ. 2013. N 2. С. 39.
6. Obot B., Obi-Egbedi N.O. Adsorption properties and inhibition of mild steel corrosion in sulphuric acid solution by ketoconazole: Experimental and theoretical investigation Corros. Sci. 2010. V. 52. P.198-204.
0
0
7. Sastry V. S. Corrosion Inhibitors. Principles and applications. New York: John Wiley & Sons, 1998.
8. Li X., Deng S., Fu H. et al. Adsorption and inhibition effect of 6-benzylaminopurine on cold rolled steel in 1.0 M HCl - Electrochim. Acta. 2009. V. 54. P.4089-4098.
9. Moretti G., Guidi F., Gion G. Tryptamine as a green iron corrosion inhibitor in 0.5 M deaerated sulphuric acid // Corros. Sci. 2004. V. 46, N 2. P. 387-403.
10. Zhang Z., Chen S., Li Y., Li S., Wang L. A study of the inhibition of iron corrosion by imidazole and its derivatives self-assembled films // Corrosion Science. 2009. V. 51, N 2. P. 291-300.
11. Chetonani A., Hammouti B., Benhadda T.
et al. Inhibitive action of bipyrazolic type organic compounds towards corrosion of pure iron in acidic media // Appl. Surf. Sci. 2005. V. 249. P. 375-385.
12. Abd El-Maksoud S.M. Studies on the effect of pyranocoumarin derivatives on the corrosion of iron in 0.5 M HC1 // Corros. Sci. 2002. V. 44. P. 803-813.
13. Khaled K. F., Hackerman N. Investigation of the inhibitive effect of ortho-substituted anilines on corrosion of iron in 0.5 M H2SO4 solutions- Mater. Chem. & Phys. 2003. Vol. 82. No 3. pp. 949-960.
14. Nam N.D., Kim M.J., Kim J.G. Corrosion Behavior of Low Alloy Steels Containing Manganese in Mixed Chloride Sulfate Solution // Metallurgical & Materials Transactions Part A.V. 45, lss. 2. P. 893-905.
1. Ismailov I.T. Synthesis and surface-active properties of salts of sulfated amides based on oleic acid of ethanolamides. Kimya Problemleri. 2015, no. 2, pp. 144-153. (in Russian)
2. Lange K.R. Poverkhnostno-aktivnye vesh-chestva [Surface-active substances]. Moscow: Khimiya Publ., 2004, 252 p.
3. Zagitova A.I., Kudasheva F. Kh. Izuchenie adsorbtsii APAV na peschanoi porode [The study of APAV adsorption on a sandy rock]. Moscow: Khimiya Publ., 2008, 246 p.
4. Alykov N.M., Litvinova G.N. [et al.]. Pov-erkhnostno-aktivnye veshchestva. Stroenie, svoist-va, primenenie [Surface-active substances. Structure, properties, application]. Astrakhan: Publishing house Astrakhan State Pedagogic University Publ., 2002,130 p.
5. Karpeeva I.E., Zorina A.V., Shikhaliev H.S. Synthesis of fatty acid amides of sunflower oil. Vestnik VSU [Proceedings of Voronezh State University]. 2013, no. 2, pp. 39-41. (in Russian)
6. Obot B., Obi-Egbedi N.O. Adsorption properties and inhibition of mild steel corrosion in sulphuric acid solution by ketoconazole: Experimental and theoretical investigation. Corros. Sci. 2010, vol. 52, pp. 198-204.
7. Sastry V.S. Corrosion Inhibitors. Principles and applications. New York: John Wiley & Sons Publ., 1998.
8. Li X., Deng S., Fu H. [et al.]. Adsorption and inhibition effect of 6-benzylaminopurine on cold rolled steel in 1.0 M HCl. Electrochim. Acta. 2009, vol. 54, pp. 4089-4098.
9. Moretti G., Guidi F., Gion G. Tryptamine as a green iron corrosion inhibitor in 0.5 M deaerated sulphuric acid. Corros. Sci. 2004, vol. 46, no. 2, pp. 387-403.
10. Z. Zhang, S. Chen, Y. Li, S.Li, and L. Wang. A study of the inhibition of iron corrosion by imidazole and its derivatives self-assembled films. Corrosion Science, 2009, vol. 51, no. 2, pp. 291-300.
11. Chetonani A., Hammouti B., Benhadda T. [et al.]. Inhibitive action of bipyrazolic type organic compounds towards corrosion of pure iron in acidic media. Appl. Surf. Sci. 2005, vol. 249, pp. 375-385.
12. Abd El-Maksoud S.M. Studies on the effect of pyranocoumarin derivatives on the corrosion of iron in 0.5 M HCl. Corros. Sci. 2002, vol. 44, pp. 803-813.
13. Khaled K.F., Hackerman N. Investigation of the inhibitive effect of ortho-substituted anilines on corrosion of iron in 0.5 M H2SO4 solutions. Mater. Chem. & Phys. 2003., vol. 82, no. 3, pp. 949-960.
14. Nam N.D., Kim M.J., Kim J.G. Corrosion Behavior of Low Alloy Steels Containing Manganese in Mixed Chloride Sulfate Solution// Metallurgical & Materials Transactions Part A.V. 45, lss. 2. P. 893-905.
Критерии авторства
Ткачева Т.А., Мезенцева В.Н., Чигринева Н.А. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Ткачева Т.А., Мезенцева В.Н., Чигринева Н.А. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution
Tkacheva T.A., Mezentseva V.N., Chigrineva N.A. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Tkacheva T.A., Mezentseva V.N., Chigrineva N.A. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
Синтез и изучение поверхностной
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Татьяна А. Ткачева
Оренбургский государственный университет К.х.н., доцент йкасИеуа@1пЬох. ги
Виктория Н. Мезенцева
Оренбургский государственный университет Магистр
Наталья А. Чигринева
Оренбургский государственный университет Студент
Поступила 24.12.2017
соли сульфатированного амида...
AUTHORS' INDEX Affiliations
Tatiana A. Tkacheva
Orenburg State University
Ph.D. (Chemistry), Associate Professor
Victoria N. Mezentseva
Orenburg State University Master of Sciences [email protected]
Natalia A. Chigrineva
Orenburg State University Student
Received 24.12.2017
