Похідні імідазоліну, як нові інгібітори у кислих середовищах.

Досліджено антикорозійну дію нового нового класу органічних сполук – алкімідазолінів.

Встановлено, що речовини проявляють захисний ефект у кислих середовищах.

Вступ

Проблема захисту мінералів у кислих середовищах є актуальною у даний час. Ведеться широкий пошук інгібуючих добавок, які б не тільки ефективно зменшували швидкість розчинення металу, але і захищали його від корозивного потріскування, зберігали механічні властивості та були доступними для використання в широкому промисловому масштабі. Інгібітори кислотної корозії широко застосовуються в ряді галузей промисловості, де в якості робочих середовищ використовують кислоти. Їх використовують в металургійній (Травлення прокату), нафтогазодобувній (солянокисла обробка скважин), метало оброблювальній (травлення з метою підготовки поверхні під покриття) та в інших галузях промисловості. Застосування інгібіторів дозволяє інтенсифікувати технологічний процес, покращити якість продукції, дістати значний економічний ефект.

Ведеться широкий пошук інгібуючих добавок, проте органічні сполуки, які виступають інгібіторами в кислих середовищах, або важко виділити, або не можна визначити їх структурної формули, що утруднює встановлення кореляції між захисною дією цих сполук і їх структурою. Багато з цих речовин не відповідають певним вимогам, і тому не можуть бути використані в широкому масштабі. Цими вимогами є: бути легкорозчинними; не утворювати відкладень на металічних поверхнях; діяти довгий час і не губити свої властивості при зберіганні і не викликати і не підтримувати емульсію води і не містити шкідливих компонентів.

У роботі спробувано запропонувати новий ряд органічних сполук. Було досліджено властивості похідних імідазоліну. Оскільки дана робота являє прямий етап досліджень, її метою стало дослідження захисних захисних властивостей цих сполук і спроба інтерпретації можливого механізму захисної дії.

Ця сполука є індивідуальною речовиною, але доступність добування її з промислових відходів робить добавку перспективною. Встановлена структурна дає змогу аналізувати його захисні властивості залежно від структури, що дасть можливість прогнозувати захисну дію гомологів цієї сполуки, а також сполук близьких до цієї за своєю будовою.

Експериментальна частина

Захисні властивості алкімідазоліну досліджувались в розчині хлороводневої кислоти концентрацією 12 % Використовували зразок зі сталі у вигляді пластинок розміром 4040 мм. Поверхню зразків обробляли абразивним матеріалом різної зернистості, полірували і знежирювали 96% етиловим спиртом. Експеримент проводили в хімічній посуді ємністю 250 мм. Очищені та знежирені пластини опускали в банки з кислотою та алкімідазоліном різної концентрації. Після семидобової витримки виміряли зміну маси сталевих пластинок. Експеримент проводили при кімнатній температурі, яка становила 15?С . Межею даного досліду було визначення інгібіторного ефекту. що показує в скільки разів інгібітор зменшує швидкість корозії, і використовується по формулі:

де , – швидкість корозії в присутності інгібітору та без нього; , – зміна маси пластинок з інгібітором та без нього.

де – ступінь захисту металу інгібітором.

В даній роботі було досліджено також вплив температури на інгібітор ний ефект алкілітідазоліну. Експеримент проводили аналогічним ваговим методом, але для цього використовували термостат типу eppendorf. При збільшенні температури швидкість розчинення металу збільшується, у зв’язку з чим зразки витримували в кислоті менше часу ніж при кімнатній температурі.

Дотримувалися, щоб різниця маси в контрольній пробі складала не більше 30% від початкової маси.

Перевірено адсорбційну здатність алкілімідазоліну на карбонатні відкладення зразки яких узяті з парових котлів. Дослідження проводили ваговим методом. Для цього використовували два хімічні стакани, один з яких наповнений кислотою з алкілімідазоліном. В два стакани вкидали рівні за розмірами зразки карбонатних відкладень. Після 15- ти хвилинної витримки на електронній вазі зміну маси зразків. Дослідження проводили при різних значеннях концентрацій алкілітідазоліну.

Отримані результати дають можливість судити про ефективність даного інгібітору.

Обговорення результатів.

Під впливом алкілітідазоліну відбувається зменшення швидкості розчинення сталевої пластини соляною кислотою, що можна судити з таблиці 1. Виходячи зі структури алкілітідазоліну, цей ефект можна пояснити адсорбцією інгібітору на поверхні кородуючого металу. Наступний вплив адсорбованих молекул зводиться до зміни ними кінетики парціальних електрохімічних реакцій.

Таблиця 1. Вплив концентрації інгібітору на швидкість розчинення сталевих пластинок у соляній кислоті при 15?С.

концентрація інгібітору, % | інгібіторний ефект

0,1 | 6,6

0,3 | 7,9

0,8 | 8,3

1 | 10,1

Згідно з правилом Траубе ефективність захисту в гомологічному ряді зростає із збільшенням молекулярної маси замісника. Виходячи зі структури алкілітідазоліну, можна припустити, що молекули адсорбуються до поверхні металу саме атомами азоту, а вуглеводневі радикали, володіючи гідрофобними властивостями, напрямлені в сторону розчину і відштовхують воду і частини агресивного середовища від поверхні металу. При цьому разом з гідрофобністю дані групи забезпечують екранування значної частини поверхні. Адсорбційним центром в даному випадку виступають атоми азоту, що пояснюється електронним перерозподілом у молекулі, завдяки якому атом азоту дістає частково позитивний заряд. Пластина дістає негативний заряд у зв’язку з переходом в розчин іонів заліза.

При підвищенні температури спочатку спостерігається підвищення інгібіторного ефекту, а потім при досягненні визначеної температури, його зниження. Це добре видно з рис. 1.

Така закономірність пояснюється зміною природи адсорбції алкілімідазоліну при підвищенні температури. При невисоких температурах інгібітор адсорбується фізично, а із збільшенням температури фізична адсорбція переходить у хімічну. Зниження інгібіторного ефекту з подальшим підвищенням температури напевне пов’язане з десорбцією інгібітору з поверхні металу. Максимум інгібіторного ефекту спостерігається в межах температур 50-60?С. Тобто для вищих температур цей інгібітор є непридатним для використання.

Рис. 1 Залежність інгібіторного ефекту від температури при корозії сталі в 12% HCl з добавкою 3 г/л алкілітідазоліну.

Вплив алкілімідазоліну на швидкість розчинення карбонатів незначний, що видно з рис.2. Але