Abstract

Efectul inhibitor al Thevetia peruviana privind comportamentul la coroziune al oțelului carbonic în HCl 1 M a fost studiat folosind metoda pierderii în greutate, polarizare, spectroscopie de impedanță electrochimică în curent alternativ și tehnici de modulare a frecvenței electrochimice. S-a constatat că eficiența inhibiției depinde de concentrația extractului și de temperatura mediului. Rezultatele au arătat că acest extract acționează ca un inhibitor de tip mixt. Rezistența la transferul de încărcare crește, dar capacitatea dublu strat scade prin creșterea concentrației extractului. S-a constatat că extractul investigat acționează prin adsorbție pe suprafața oțelului carbon și respectă izoterma de adsorbție Temkin. Efectul temperaturii asupra vitezei de coroziune în absența și prezența extractului a fost investigat, unele activate și parametrii de adsorbție au fost calculați. Rezultatele metodelor electrochimice au fost în acord cu rezultatele măsurării pierderii în greutate.

Introducere

Această lucrare este o continuare a lucrărilor anterioare și o încercare de a evalua acțiunea inhibitoare a naturii Thevetia peruviana privind coroziunea oțelului C în HCl 1 M folosind tehnici chimice și electrochimice.

Materiale și metode

Compoziția probelor de materiale

Soluții

O soluție agresivă 1-M (acid clorhidric) a fost preparată în laborator prin diluarea volumului adecvat de HCI de 37% grad analitic cu apă bi-distilată. Acidul a fost standardizat printr-o soluție standard de carbonat de sodiu.

Structura chimică a compușilor prezenți în plantă (Thevetia peruviana)

Thevetia peruviana aparține familiei Apocynaceae și se numește în mod obișnuit oleander galben sau Pilakanher. Toate părțile plantei conțin o varietate de glicozide cardiace [21]. Figura 1 prezintă unii dintre constituenții chimici importanți prezenți în plantă.

coroziunii

Structurile glicozidelor cardiace și agliconele lor libere găsite în Thevetia peruviana plantă

Pregătirea extractului de plante

Planta uscată a fost zdrobită în bucăți mici de 5-10 mm folosind un concasor cilindric și extrasă cu apă bi-distilată. Extractul a fost obținut prin amestecarea a 100 g de plantă uscată în 250 ml de apă la 80 ° C timp de 30 de minute. Extractul a fost lăsat peste noapte, apoi filtrat printr-o hârtie de filtru, completat la 1000 ml cu apă bi-distilată și în cele din urmă depozitat la frigider în baloane de sticlă conice cu un capac din plastic cu șurub [22].

Teste de pierdere în greutate

Eșantioanele cu dimensiunea de (2 × 2 × 0,2) cm au fost utilizate pentru măsurătorile de pierdere în greutate. Eșantioanele au fost abrazate cu succes cu diferite serii de hârtie de șmirghel de grade variabile începând cu cea mai grosieră (80) și continuând în etape până la cea mai bună calitate (1200), degresate cu acetonă și uscate la aer. Experimentul de scădere în greutate a fost finalizat într-o soluție de 100 ml HCl 1 M fără și cu diferite concentrații ale extractului investigat. Ratele de coroziune (CR) au fost determinate folosind următoarea ecuație [23]:

Aici, Δm este pierderea de masă, s este suprafața expusă a specimenului (cm 2) și t este timpul de scufundare. Eficiența inhibiției,% IE și gradul de acoperire a suprafeței, θ, au fost determinate folosind următoarea ecuație [24]:

Aici, CRcorr și CRinh sunt ratele de coroziune ale oțelului carbon fără și respectiv cu extract.

Metoda gasometrică

Au fost utilizate foi de oțel carbon cu dimensiunea de (2 × 2 × 0,2 cm) pentru experimentele de evoluție a hidrogenului. Înainte de fiecare experiment, suprafețele probelor de oțel carbon au fost tratate ca înainte. Specimenul a fost introdus într-un pahar cu o capacitate de 100 ml hidrogen gazos evoluat și colectat printr-un braț lateral conectat printr-un tub flexibil din polietilenă la o buretă de gaz care stă într-un pahar plin cu apă. Acest lucru a permis măsurarea variației volumului de hidrogen evoluat în timpul dizolvării metalului în funcție de timp. Experimentele au fost efectuate în absența și prezența diferitelor concentrații de extract. Rata de coroziune (r) a fost luată ca panta liniilor drepte obținute din relația dintre volumul de hidrogen evoluat și timp. Eficiența inhibiției (% IE) a fost calculată după cum urmează:

Aici, r f și r i sunt ratele de coroziune în absența și prezența extractului.

Teste de polarizare potențiodinamică

Experimentele de polarizare potențiodinamică au fost efectuate într-o celulă convențională cu trei electrozi folosind tifon de platină ca contraelectrod și un electrod saturat de calomel (SCE) ca electrod de referință. Electrodul de lucru a fost preparat dintr-o foaie pătrată de oțel carbon cu aceeași compoziție chimică așa cum se arată în Tabelul 1 încorporată în rășină epoxidică de politetrafloroetilenă astfel încât suprafața expusă să fie de 1 cm2. Înainte de fiecare test, suprafața electrodului a fost pretratată în același mod ca și în experimentele de slăbire. Înainte de măsurători, electrodul a fost scufundat în soluție la potențialul de circuit deschis timp de 25 de minute până la atingerea unei stări de echilibru. Celula a fost echipată astfel încât temperatura din timpul fiecărui experiment să fie menținută constantă și măsurabilă. Potențialul electrodului de lucru a fost crescut ± 250 mV în vecinătatea potențialului de coroziune, iar curbele anodice și catodice au fost obținute de la -0,7 la 0,7 V la o rată de scanare de 1 mVs -1. Toate experimentele au fost efectuate în soluții proaspăt preparate la 25 ° C, iar rezultatele au fost repetate de trei ori pentru a verifica reproductibilitatea. Eficiența inhibiției pentru fiecare concentrație a extractului și acoperirea suprafeței, θ, au fost calculate utilizând următoarea ecuație [25]:

Aici, eu cor și eu inh sunt densitățile curentului de coroziune calculate din extrapolarea pantelor Tafel fără și cu inhibitori.

Teste de spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS)

Măsurătorile de impedanță (EIS) au fost efectuate utilizând același aranjament celular ca înainte, cu un sistem cadru Gamry bazat pe ESA400. Măsurătorile EIS au fost efectuate folosind semnale de curent alternativ cu o amplitudine de 5 mV vârf la vârf la potențialul circuitului deschis în intervalul de frecvență de la 100 kHz la 0,5 Hz. Toate datele de impedanță au fost montate pe circuitul echivalent corespunzător utilizând software-ul Gamry Echem Analyst.

Teste de modulare a frecvenței electrochimice (EFM)

Experimentele EFM au fost efectuate prin aplicarea semnalului de perturbare potențială cu amplitudine 10 mV cu două unde sinusoidale de 2 și 5 Hz. Alegerea frecvențelor de 2 și 5 Hz s-a bazat pe trei argumente [26]. Vârfurile mai mari au fost utilizate pentru a calcula densitatea curentului de coroziune (eu corect), versanții Tafelβ c și β a) și factorii de cauzalitate CF2 și CF3 [27].

Măsurătorile electrochimice au fost efectuate utilizând instrumentul Gamry Potentiostat/Galvanostat/ZRA (PCI4-G750). Aceasta include aplicații Gamry, software DC105 pentru coroziune DC, software EIS300 pentru spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS) și EFM140 pentru măsurători de modulare a frecvenței electrochimice (EFM) împreună cu un computer pentru colectarea datelor. Software-ul Echem analyst versiunea 6.03 a fost utilizat pentru graficarea, graficarea și montarea datelor.

Analiza suprafeței

Suprafața oțelului carbon a fost mai întâi abrazată folosind diferite hârtii de smirghel (grade 80–1200) și spălată cu apă bi-distilată înainte de scufundarea eșantioanelor timp de 12 ore în HCl 1 M în absența și prezența unei concentrații optime a plantei investigate. extrage. După acest timp de imersiune, specimenele au fost clătite cu apă bi-distilată, complet uscate și montate în spectrometru fără niciun alt tratament. Suprafețele corodate din oțel carbon au fost examinate folosind un difractometru cu raze X dispersiv pentru energie (pw-1390) cu un tub Cu (CuKa1, l = 1.54051 Å) și un microscop electronic cu scanare (SEM, JEOL, JSM-T20, Japonia).

Rezultate si discutii

Teste de pierdere în greutate

Pierderea în greutate a specimenelor de oțel carbon a fost înregistrată după diferite intervale de timp de imersie (30, 60, 90, 120, 150 și 180 min) la diferite temperaturi (25, 30, 35, 40 și 45 ° C); numai curba de pierdere în greutate la 25 ° C este prezentată aici (Fig. 2). Valorile% IE la diferite temperaturi sunt date în Tabelul 2. Rezultatele au arătat că prezența Thevetia peruviana extractul a suprimat rata de coroziune a probelor de oțel carbon într-o soluție de HCl 1 M. S-a observat că% IE crește la creșterea concentrației de extract de plante, așa cum este ilustrat în tabelul 2. Acest lucru poate fi atribuit adsorbției moleculelor de extract pe suprafața oțelului. Această adsorbție reduce dizolvarea oțelului prin blocarea locurilor de coroziune și, prin urmare, scade pierderea în greutate, crescând în același timp eficiența pe măsură ce concentrația extractului crește.

Curba de pierdere în greutate-timp pentru dizolvarea oțelului carbon în absența și prezența concentrațiilor diferite de Thevetia peruviana se extrage la 25 ° C

Izoterme de adsorbție

În coroziunea acidă, în general, se presupune că inhibitorii acționează printr-un proces de adsorbție pe suprafața metalică. Adsorbția inhibitorului poate determina o sarcină structurală a stratului dublu, reducând astfel viteza reacțiilor parțiale electrochimice. Mai mult, adsorbția care are loc în special la locurile active ale suprafeței metalice poate împiedica reactivitatea metalului în procesul de dizolvare. Pe de altă parte, dacă adsorbția este urmată de reacția de hidratare sau reducere sau polimerizare a inhibitorului în sine, se pot forma straturi groase care se comportă ca o adevărată barieră fizică. În orice caz, cunoașterea comportamentului de adsorbție a inhibitorilor este importantă pentru definirea mecanismului său de acțiune. O izotermă de adsorbție oferă relația dintre acoperirea unei interfețe cu speciile adsorbite și concentrația speciei în soluție. Interpretarea performanței tipului de inhibitor adsorbant poate fi îmbunătățită prin încorporarea datelor într-una din izotermele de adsorbție cunoscute, care este reprezentată în Fig. 3. S-a constatat că izoterma de adsorbție Temkin [28] se potrivește bine cu datele experimentale.

Graficele de adsorbție Temkin pentru oțel carbon în HCl 1 M la temperaturi diferite în prezența diferitelor concentrații de Thevetia peruviana extrage

Efectul temperaturii

Efectul temperaturii asupra vitezei de dizolvare a oțelului ușor în HCl 1 M conținând concentrații diferite ale inhibitorului investigat a fost testat prin măsurători ale pierderii în greutate într-un interval de temperatură cuprins între 25 și 45 ° C. Efectul creșterii temperaturii asupra vitezei de coroziune (k cor) și% IE au fost obținute din măsurători de scădere în greutate. Rezultatele au arătat că, odată cu creșterea temperaturii, scade k corect în timp ce% IE crește. Energia de activare (\ (E _ ^ \)) a procesului de coroziune a fost calculată utilizând ecuația Arrhenius (ecuația 6) [34]:

Parcele Arrhenius pentru ratele de coroziune (k cor.) de oțel carbon în HCl 1 M în absența și prezența diferitelor concentrații de Thevetia peruviana extrage