Proprietà di inibizione della corrosione del derivato della base di Schiff contro l'acciaio dolce in ambiente HCl integrate con indagini DFT

May 26, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8979 (2023) Citare questo articolo

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Vi è un crescente interesse nell’utilizzo di inibitori della corrosione e trattamenti protettivi per limitare il degrado dell’acciaio dolce, portando allo sviluppo di numerose basi Schiff come inibitori all’avanguardia. In questo studio, l'efficacia di una base di Schiff, 3-((5-mercapto-1,3,4-tiadiazol-2-il)imino)indolin-2-one (MTIO), nel prevenire la corrosione lieve dell'acciaio nell'HCl è stata dimostrata studiato utilizzando misurazioni della perdita di peso, misurazioni della polarizzazione potenziodinamica, tecniche di spettroscopia di impedenza elettrochimica e caratterizzazione della superficie. I risultati sperimentali hanno mostrato che MTIO 0,5 mM ha mostrato un'efficienza inibitrice soddisfacente del 96,9% a 303 K. Le molecole MTIO sono adsorbite fisicamente e chimicamente sulla superficie dell'acciaio dolce seguendo il modello di Langmuir, formando una pellicola protettiva compatta attribuita alla presenza di un anello tiazolico nella struttura MTIO. I calcoli teorici sono stati combinati con tecniche sperimentali per studiare le prestazioni anticorrosive e il meccanismo di inibizione.

L’acciaio dolce è comunemente utilizzato per realizzare componenti strutturali1, ma è particolarmente soggetto alla corrosione ambientale2, con conseguenti perdite economiche significative3. Pertanto, la ricerca in corso mira a sviluppare inibitori della corrosione4,5 per applicazioni industriali, in particolare nelle industrie del petrolio e del gas6,7,8,9. Un inibitore efficiente richiede un anello eterociclico e/o eteroatomi come azoto, ossigeno, zolfo e sistemi pi per coordinarsi con l'orbitale d del ferro e formare legami di coordinazione10,11,12. Gli inibitori organici sono sicuri per l'ambiente e presentano buone caratteristiche anticorrosive13,14,15. Il tiadiazolo aromatico, contenente eteroatomi di zolfo e azoto, insieme all'isatina, che contiene ossigeno e azoto, fungono da donatori di elettroni. Precedenti ricerche hanno riferito che 0,01 M di 2-ammino-5-mercapto-1,3,4-tiadiazolo hanno raggiunto un'efficienza di inibizione del 99% per la corrosione dell'acciaio dolce in HCl16 1 M. Al-Amiery et al. ha studiato la protezione dalla corrosione di una nuova base di Schiff, 5,5'-((1Z,1'Z)-(1,4-fenilenebis(metanililidene))bis(azanililidene))bis(1,3,4-tiadiazolo-2 -tiolo) (PBB), contenente un legame imminico e un anello fenilico, e ha raggiunto un'efficienza di inibizione del 95,16% per l'acciaio dolce in una soluzione 1 M di HCl17. Il confronto dei due studi rivela che le strutture chimiche degli inibitori utilizzati in entrambi gli studi contengono tiadiazolo, ma l'aggiunta di un legame imminico e di un anello fenilico nel PBB ha prodotto un'efficienza di inibizione leggermente inferiore rispetto a quella ottenuta con 2-ammino-5-mercapto- 1,3,4-tiadiazolo. Il comportamento anticorrosivo è stato valutato, ma non è ancora chiaro quali sostituenti contribuiscano maggiormente all'inibizione della corrosione. La ricerca sperimentale è costosa e richiede molto tempo, pertanto per superare tali problemi sono stati adottati approcci teorici, attualmente supportati da software e tecnologia sufficienti. La capacità di una particella di prevenire la corrosione dipende dalla sua distribuzione di carica, che può essere determinata con precisione attraverso la ricerca teorica, poiché il sito di adsorbimento durante l'inibizione della corrosione può essere previsto attraverso l'applicazione di simulazioni chimiche quantistiche18. È possibile rispondere ai problemi relativi ai risultati analitici relativi alle interazioni dei composti naturali con le superfici metalliche utilizzando calcoli di chimica quantistica19. La teoria del funzionale della densità (DFT) può essere utilizzata per fornire una descrizione completa del comportamento dell'inibitore riguardo al suo orientamento e struttura, nonché al modo in cui l'inibitore si adsorbe sulla superficie metallica20. Ad esempio, Hadisaputra et al. hanno utilizzato il DFT per prevedere l'efficacia delle cumarine e della caffeina come composti anticorrosivi metallici21. Il grado in cui gli inibitori organici della corrosione interagiscono con le superfici metalliche dipende dai siti donatori ed elettron-attrattori, nonché dalla posizione22.

Sono in corso molte ricerche sui composti anticorrosivi dell'acciaio dolce in ambienti corrosivi13, come composti organici con porzioni strutturali tra cui tetrazoli, imidazoli, triazoli, chinoloni, piridine, basi di Schiff, sali di ammonio quaternario e basi di Mannich23,24,25,26,27, 28,29,30. Una classe particolarmente significativa di inibitori della corrosione utilizzati in un ambiente acido altamente concentrato è quella delle basi di Schiff costituite da tiadiazoli e aldeidi31,32. La produzione di una barriera protettiva su una superficie di acciaio è significativamente influenzata dalla base di Schiff prodotta dalle molecole di tiadiazolo. Sebbene siano stati pubblicati numerosi studi sugli inibitori della corrosione per l'acciaio dolce, la maggior parte viene eseguita in ambienti fortemente acidi, come acido cloridrico, acido solforico e acido fosforico33,34. Creando un rivestimento protettivo, diventando adsorbito o producendo un composto insolubile sulla superficie dell'acciaio, l'inibitore blocca il sito attivo per prevenire la corrosione35, quindi l'efficienza dell'inibitore è influenzata dalla struttura dell'inibitore. L'adsorbimento dell'inibitore sulla superficie dell'acciaio è determinato dalla presenza di atomi di fosforo, zolfo, ossigeno e azoto, nonché di elettroni pi (doppi legami)36. Vengono spesso valutate correlazioni semplificate tra parametri elettronici molecolari ed efficienza di inibizione della corrosione. In molti studi è stata trovata una relazione tra questi parametri elettronici e l'efficienza di inibizione della corrosione di un inibitore di corrosione organico. Ma alcuni ricercatori hanno un'opinione diversa a seconda dei risultati della loro ricerca, in cui sono stati esaminati 12 diversi parametri elettronici molecolari e nessuno dei parametri testati ha mostrato alcuna associazione significativa con le prestazioni di protezione. Le correlazioni osservate tra queste caratteristiche e la prestazione inibitoria, stabilite solo per pochi composti e ampiamente pubblicate nelle pubblicazioni, sono quindi messe in discussione dai loro risultati37.