Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бережная А.Г. 1 Иващенко О.А. 1 Чернявина В.В. 1

---

1 ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»

Гравиметрическими измерениями, проведенными в статических и динамических условиях, методом снятия поляризационных кривых изучены рапсовый и подсолнечный лецитины как ингибиторы коррозии низкоуглеродистой стали в нейтральных и кислых хлоридных, а также высоко минерализованных средах. Установлено, что растворы исследованных лецитинов в дизельном топливе могут использоваться как ингибиторы коррозии стали в нейтральных хлоридных и в высоко минерализованных средах. Показано, что лецитины влияют на скорость катодного и анодного процессов, образуют на поверхности образцов пленку. При повышенной температуре лучшими защитными свойствами по отношению к анодному растворению стали обладает подсолнечный лецитин.

Статья в формате PDF

475 KB

коррозия

низкоуглеродистая сталь

ингибитор

лецитин

нейтральный хлоридный раствор

1. Белина Н.Н., Герасименко Е.О., Бутина Е.А., Воронцова О.С., Спильник Е.П. Разработка технологии получения модифицированных лецитинов // Научный журнал КубГАУ. – 2013. – № 91(07). – С. 1–10.

2. Бернацкий П.Н., Шель Н.В., Панфилова Ю.В., Акользин А.П. Защита меди и латуни композициями рапсового масла с продуктами очистки отработавших моторных масел от коррозии в атмосферах, содержащих SO2 // Практика противокоррозионной защиты. – 2012. – № 1(63). – С. 53–59.

3. Вигдорович В.И., Таныгин А.Ю., Таныгина Е.Д., Селеменев В.Ф., Назарова А.А. Составы на основе рапсового масла для защиты от атмосферной коррозии металлических конструкций // Химия и технология топлив и масел. – 2009. – № 2. – С. 31–38.

4. Лисовая Е.В., Викторова Е.П., Агафонов О.С., Корнен Н.Н., Шахрай Т.А. Сравнительная оценка ядерномагнитных релаксационных характеристик подсолнечных и рапсовых лецитинов // Научный журнал КубГАУ. – 2015. – № 113(09). – С. 1–13.

5. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. – Л.: Химия, 1989. – 456 с.

6. Урядников А.А., Камышова М.А., Цыганкова Л.Е. Использование отстоев подсолнечного масла для защиты стали от атмосферной коррозии // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. – 2013. – Т.18, № 1. – С. 413–419.

7. Урядников А.А., Таныгина Е.Д., Цыганкова Л.Е. Утилизация отходов производства растительных масел для создания защитных составов против атмосферной коррозии стальных изделий // Коррозия: материалы, защита. – 2012. – № 3. – С. 19–23.

8. Цыганкова Л.Е., Шель Н.В., Бернацкий П.Н., Панфилова Ю.В., Акользин А.П. Коррозия и защита стали композициями на основе рапсового масла в атмосфере с повышенной концентрацией SO2 // Практика противокоррозионной защиты. – 2013. – № 1(67). – С. 33–37.

9. Чернявина В.В., Иващенко О.А. Изучение защитных свойств новых ингибиторов углекислотной коррозии Ст3 в модельных минерализованных средах // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. – 2013. – Т. 18, № 5. – С. 2338–2341.

Лецитины или фосфатидилхолины – соединения общей формулы ROCH2-CH(OR’)CH2OP(O)(O’)O(CH2)2N(CH3)3, где R-обычно ацил насыщенной, R’-ненасыщенной кислоты с 16-24 атомами С в цепи (преобладают кислоты С16 и С18) [4,1]. Состав и свойства сырых лецитинов зависят от источника, условий получения и исходного спектра составляющих их фосфолипидов. Основными фосфолипидами, содержащимися в рапсовых лецитинах в отличие от подсолнечных, являются фосфатидилхолины и фосфатидил-этаноламины. Кроме этого в рапсовом лецитине больше олеиновой кислоты, но меньше высших насыщенных кислот, чем в подсолнечном [4, 1].

Рапсовое масло, отстои подсолнечного масла и фосфолипиды исследовались как ингибиторы атмосферной коррозии и коррозии ряда металлов в нейтральных средах [2-3]. Поскольку в сырых лецитинах одновременно содержатся масла, фосфолипиды, насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, представлялось целесообразным рассмотреть их в качестве ингибиторов коррозии низкоуглеродистой стали [6-8]. Несомненным достоинством данных реагентов является экологическая безопасность, доступность и дешевизна.

Материалы и методы исследования

В качестве ингибиторов коррозии исследовали растворы подсолнечного (ПЛ) и рапсового (РЛ) в дизельном топливе. Массовая доля лецитинов составляла 10 %. Коррозионное поведение стали 3 изучали в 3 %-ном растворе хлорида натрия без и в присутствии лецитинов с концентрацией С = 25-150 мг/л. Коррозионные измерения проведены в статическом и динамическом режиме, методика и оценка эффективности ингибиторов описаны ранее [9].

Электрохимические измерения проводили на неподвижном электроде (S = 1 см2) на потенциостате ПИ-50-1.1 в термостатируемой трехэлектродной ячейке с разделенными католитом и анолитом. Электрод сравнения – насыщенный хлорсеребряный, вспомогательный – платиновый. Потенциалы (Е) приведены относительно нас. х.с.э. Поляризационные кривые снимали ступенчато от меньшего Е к большему с выдержкой 1 минута при каждом значении потенциала. Интервал рабочих температур – 20-55 °С.

Результаты исследования и их обсуждение

Влияние растворов рапсового и подсолнечного лецитинов на коррозию стали 3 в нейтральных средах исследовали в двух режимах – статическом и динамическом. Скорости коррозии K стали 3 при различных концентрациях изученных лецитинов, коэффициенты торможения g и степень защиты Z представлены в табл. 1.

Таблица 1

Скорость коррозии стали 3, коэффициенты торможения и степень защиты в зависимости от режима коррозионных измерений и концентрации лецитинов

Как видно из табличных данных оба лецитина могут быть рекомендованы как ингибиторы коррозии в нейтральных хлоридных средах, поскольку независимо от режима проведения коррозионных испытаний они обеспечивают высокую степень защиты низкоуглеродистой стали.

В статических условиях выход на предельную степень защиты реализуется при концентрации 100 мг/л. В динамическом режиме для рапсового лецитина в исследованном концентрационном диапазоне предельная степень защиты не реализуется. В случае же подсолнечного лецитина максимальная степень защиты наблюдается при С = 125 мг/л. Отсутствие предельной степени защиты или ее реализация при больших С по сравнению с статическим режимом связано с затруднением образования пленки ингибитора на поверхности стали. Исследованные лецитины проявляют защитные свойства за счет формирования на поверхности металла пленок фосфор- содержащих анионов ингибитора, а также радикалов ненасыщеных кислот, которые блокируют образование комплекса Fe(OH)адс
и затрудняют протекание коррозии стали.

Отличие коэффициентов торможения рапсового и подсолнечного лецитинов при динамических измерениях можно связать с разным их составом и, соответственно, разной способностью образовывать защитную пленку на стали. Известно, что масло и фосфолипиды, содержащиеся в рапсовых лецитинах, по степени ненасыщенности жирных кислот значительно отличаются от масла и фосфолипидов, содержащихся в подсолнечных лецитинах. Содержание мононенасыщенных жирных кислот, в том числе олеиновой кислоты, в масле и фосфолипидах, выделенных из рапсовых лецитинов, выше в 2,4 и 3,4 раза соответственно, по сравнению с содержанием указанных кислот в масле и фосфолипидах, выделенных из подсолнечных лецитинов. В тоже время содержание полиненасыщенных жирных кислот в масле и фосфолипидах, выделенных из рапсовых лецитинов, значительно ниже, чем в масле и фосфолипидах, выделенных из подсолнечных лецитинов. Отличительной особенностью жирнокислотного состава масла и фосфолипидов, содержащихся в рапсовых лецитинах, по сравнению с подсолнечными лецитинами, является присутствие незначительного количества эруковой (цис-13-докозеновой) кислоты [4].

Различие в химическом составе рапсового и подсолнечного лецитинов проявляется и в их влиянии на частные электродные реакции коррозионного процесса при изменении температуры.

В нейтральных неаэрированных хлоридных средах коррозия стали протекает со смешанной кислородно-водородной деполяризацией. Лецитины создают на поверхности стали собственную пленку, которая является дополнительным механическим барьером для восстановления водорода и диффузии растворенного кислорода к поверхности стали. Подсолнечный лецитин практически при всех исследованных концентрациях уменьшает потенциал коррозии стали 3 и снижает скорость катодной реакции, а рапсовый при больших С увеличивает Екор и поляризуемость анодной реакции, рис. 1.

Рис. 1. Поляризационные кривые стали 3 в хлоридном растворе без (0) и в присутствии подсолнечного (а) и рапсового (б) лецитинов. Цифры на графиках – концентрация лецитинов

Таблица 2

Зависимость коэффициента торможения от потенциала, концентрации и природы лецитина, t = 20 °C

Таблица 3

Значения эффективной энергии активации коррозии, катодной (-0,64 В) и анодной (-0,36 В) реакции, Слец = 100 мг/л

Торможение подсолнечным лецитином катодной реакции и уменьшение Екор ведет к кажущемуся стимулированию анодной реакции в более электроотрицательной области потенциалов. При Е > -0,38В при большинстве С стимулирование сменяется торможением процесса, табл. 2.

Рапсовый лецитин в большей степени при С > 50 мг/л тормозит анодную реакцию.

Защитное действие лецитинов зависит от температуры t. Увеличение t по-разному влияет на коррозию стали, протекающую с чисто кислородной и чисто водородной деполяризацией. Известно, что увеличение скорости коррозии в два раза наблюдается при росте температуры на 30 и 10 °С если процесс протекает с кислородной и водородной деполяризацией соответственно [5]. Следует заметить, что скорость коррозии стали, определенная из поляризационных измерений, при повышении температуры на 30 °С не удваивается, как должно быть в случае только кислородной деполяризации, а растет практически в четыре с половиной раза. В случае, чисто водородной деполяризации она должна была увеличиться почти в шесть раз. Из вышеуказанного следует, что вклад водородной деполяризации достаточно большой. В согласии с этим находятся и расчетные значения эффективной энергии активации коррозии и частных электродных реакций, табл. 3.

Полученные значения Еак свидетельствуют о том, что катодная реакция протекает в условиях смешанного диффузионно-кинетического контроля, а коррозия и анодная реакция – кинетического. Исследованные лецитины увеличивают эффективную энергию активации коррозии и катодной реакции, подсолнечный лецитин уменьшает ее значение для анодной реакции, табл. 3. Практически при всех исследованных t лецитины тормозят анодный и катодный процессы на стали 3, рис. 2. Оба лецитина увеличивают потенциал коррозии стали, что может свидетельствовать о преимущественном торможении анодной реакции.

Рис. 2. Поляризационные кривые стали 3 в хлоридном растворе без (0) и при наличии лецитинов (РЛ,ПЛ) при разных температурах, С = 100 мг/л. Название диаграммы- температура, °С

Существенное изменение потенциала коррозии в присутствии лецитинов затрудняет расчет коэффициентов торможения при одинаковых потенциалах и зачастую вызывает кажущееся стимулирование процесса, рис. 2. При этом, следует отметить, что оба лецитина в большей части увеличивают поляризуемость ba анодной реакции в исследованном температурном интервале, табл. 4.

Таблица 4

Зависимость ba от температуры и природы лецитина

Рост температуры не приводит к изменению механизма растворения стали в хлоридном растворе без лецитинов. В интервале температуры от 35 до 50 С рапсовый и подсолнечный лецитины меняют механизм растворения стали, о чем свидетельствуют повышенные значения тафелевого коэффициента.

Выводы

1. Растворы подсолнечного и рапсового лецитинов с массовой долей 10–25 % в дизельном топливе могут использоваться как ингибиторы коррозии стали в нейтральных хлоридных и высоко минерализованных средах.

2 При коррозии стали в обычных условиях предельная степень защиты реализуется при дозировке 10-ти процентных лецитиновых растворов 100 мг/л. Данная концентрация обеспечивает требуемую защиту стали в нейтральных средах как в статических, так и в динамических условиях.

3. Защитное действие лецитинов связано как с образованием пленки, так и изменением кажущейся энергии активации протекающих процессов.

Библиографическая ссылка