Investigaciones de adsorción, termodinámica y química cuántica de un líquido iónico que inhibe la corrosión del acero al carbono en soluciones de cloruro

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 12536 (2022) Citar este artículo

1040 Accesos

8 citas

Detalles de métricas

Una corrección del autor de este artículo se publicó el 6 de febrero de 2023

Una corrección del autor de este artículo se publicó el 11 de octubre de 2022

Este artículo ha sido actualizado

El propósito de este trabajo radica en el uso de líquidos iónicos como inhibidores de corrosión debido a la dificultad en algunos campos petroleros con la solubilidad de los inhibidores de corrosión y estos materiales pueden ser miscibles con agua y así brindar una solución a este tipo de problemas en la industria. El segundo propósito tiene que ver con la menor toxicidad de estos compuestos en comparación con los inhibidores de corrosión más comunes. El estudio abarcó el rendimiento de inhibición de la corrosión del sulfonato de trifluorometilo de 1-butil-3-metilimidazolio líquido iónico ([BMIm]TfO) para acero al carbono en soluciones de NaCl al 3,5 %. El estudio comprendió investigaciones electroquímicas, de adsorción y química cuántica. Los resultados manifestaron que [BMIm]TfO puede considerarse un inhibidor de la corrosión prometedor y la eficacia de la inhibición se intensifica a medida que aumenta la concentración. El efecto inhibidor observado se puede correlacionar con la adsorción de las especies líquidas iónicas y la creación de películas protectoras en la superficie. El modo de adsorción sigue la isoterma de adsorción de Langmuir. Los resultados de la polarización mostraron que el líquido iónico [BMIm]TfO funciona como un inhibidor mixto. La dependencia de la influencia de la corrosión en la temperatura en presencia y ausencia de [BMIm]TfO se demostró en el rango de temperatura de 303–333 K utilizando datos de polarización. Se determinaron y discutieron los parámetros de activación. El rendimiento de inhibición observado de [BMIm]TfO se correlacionó con las propiedades electrónicas del líquido iónico mediante un estudio de química cuántica.

La corrosión es un problema grave y extremadamente costoso, especialmente en las operaciones de producción de petroquímicos y petróleo1,2. Además del alto potencial para emplear componentes resistentes a la corrosión más avanzados, las cajas de acero al carbono son el principal material de fabricación utilizado para la construcción del enorme oleoducto en las diferentes etapas de procesamiento de petróleo crudo, como extracción, transmisión y almacenamiento. Las tuberías de acero al carbono se han empleado ampliamente en transporte de gases y líquidos3,4. Uno de los entornos más agresivos en los procesos de producción y refinación de petróleo es el entorno de agua salina que contiene diferentes cantidades de sales disueltas, especialmente cloruro de sodio5,6. La película protectora de óxido creada en la superficie puede deteriorarse en presencia de iones de cloruro en base a un ambiente agresivo7,8.

Se pueden aplicar diferentes regímenes de mitigación de la corrosión para reducir los impactos dañinos de la corrosión. Entre las técnicas convencionales de mitigación de la corrosión, la utilización de inhibidores ecológicos tiene ventajas tales como, por ejemplo, alta viabilidad, alta eficiencia y minimización de los peligros ambientales9. En tiempos recientes, los líquidos iónicos han demostrado ser inhibidores efectivos y amigables con el ambiente para la corrosión de diferentes tipos de metales y aleaciones en ambientes corrosivos como soluciones básicas, ácidas o salinas10,11. Debido a su estructura voluminosa y la presencia de heteroátomos, los líquidos iónicos se consideran inhibidores potenciales de la corrosión12.

Los líquidos iónicos, en general, tienen una prometedora tendencia a la inhibición de la corrosión debido a su capacidad de contacto adsorbente con la superficie, que forma capas protectoras contra medios corrosivos. En general, la mayoría de los líquidos iónicos presentan esta tendencia. Los tipos de cationes y aniones presentes en los líquidos iónicos tienen una relación directa con los niveles de adsorción y eficiencia de inhibición que se pueden lograr con esos líquidos. En un estudio reciente, demostramos que el trifluorometilsulfonato de 1-butil-1-metilpirrolidinio líquido iónico ([BMP]TfO) puede servir como un inhibidor bifuncional tanto para la corrosión del acero al carbono en soluciones de cloruro como para el crecimiento de bacterias. [BMP]TfO inhibe ambos tipos de corrosión13. También se demostró que los líquidos iónicos cloruro de 1-(2-hidroxietil)-3-metilimidazolinio y cloruro de 1-etil-3-metileimidazolinio son inhibidores de corrosión y biocidas efectivos. Estos hallazgos fueron publicados en la revista Ionic Liquids14. Se demostró que la integración del grupo hidroxi en el catión imidazolio mejora el impacto de inhibición de la corrosión15. En este trabajo, se demostró el rendimiento de inhibición de la corrosión del líquido iónico [BMIm]TfO para acero al carbono en soluciones de NaCl al 3,5 %. El estudio comprendió investigaciones electroquímicas, de adsorción y química cuántica.

Se obtuvo [BMIm]TfO de alta pureza de Io.Li.Tec.Co., Alemania, y se usó tal como se recibió. Se usaron especímenes de acero al carbono con dimensiones de (5,6 cm L, 2,7 cm W y 0,5 cm T) para los procedimientos estándar de las mediciones de corrosión. Antes de su uso, los cupones de acero se desgastaron con papeles de lija apropiados para dar una superficie homogénea. Se preparó una solución agresiva de NaCl al 3,5% como ambiente corrosivo simulado. Se utilizaron diferentes concentraciones del líquido iónico empleado, 25, 50, 100, 200 y 500 ppm, y se aplicaron diversas temperaturas de 303, 313, 323 y 333 K.

Para las mediciones electroquímicas se utilizó una celda común, equipada con un electrodo de referencia: electrodo de referencia de calomelanos saturados (SCE), un contraelectrodo (CE), platino, y el electrodo de trabajo (WE), carbono, acero. Todas las pruebas electroquímicas se realizaron con un potenciostato Volta lab 40 PGZ 301. Los experimentos de polarización se llevaron a cabo barriendo el potencial del electrodo a una velocidad de 2 mVs−1 y registrando la corriente. Todos los datos de polarización se ajustaron utilizando las herramientas de ajuste implementadas en el software Volta Master 4 mediante el método de extrapolación de Tafel. Se aplicó el rango de frecuencia de 100 kHz a 0,05 Hz con un pico de amplitud de 10 mV utilizando una señal de CA para las mediciones de impedancia electroquímica. Las curvas de impedancia se ajustaron utilizando el software ZSimpWin3.60. Para las mediciones de pérdida de peso, se utilizaron probetas de acero de forma rectangular con dimensiones de 3 cm × 5 cm × 0,05 cm. El tiempo de inmersión fue de 6 h en NaCl al 3,5% a diferentes temperaturas en ausencia y presencia de diferentes concentraciones de [BMIm]TfO.

Se empleó un microscopio electrónico de barrido, JEOL modelo JSM-53000, para investigar la morfología de los electrodos. Las investigaciones químicas cuánticas se ejecutaron utilizando MP2 funcional con un conjunto básico de 3–21 G (d, p). Se estimaron las energías del orbital molecular alto ocupado (EHOMO) y el orbital molecular bajo desocupado (ELUMO). Además, se determinó la brecha de energía entre LUMO y HOMO (ΔE)16.

Las curvas de la Fig. 1 muestran las respuestas de polarización potenciodinámica del acero al carbono en soluciones de NaCl al 3,5% libres y que contienen diferentes cantidades de [BMIm]TfO. Los parámetros obtenidos de las curvas de polarización, corrientes y potenciales de corrosión (icorr, Ecorr, respectivamente), velocidad de corrosión (CR), eficiencia de inhibición basada en la densidad de corriente de corrosión (EFicorr%) y eficiencia basada en la velocidad de corrosión (EFCR %), La pendiente de Tafel catódica (bc) y la pendiente de Tafel anódica (ba) se presentan en la Tabla 1. Como se muestra en la Fig. 1, la curva de polarización registrada en ausencia de [BMIm]TfO exhibe una tendencia activa a medida que la corriente aumenta abruptamente con el barrido de la potencial. Además del inhibidor líquido iónico, se notó un ligero impacto en la rama catódica de la curva. Sin embargo, se registró un efecto pronunciado en la rama anódica. Tanto la curva catódica como la anódica se desplazan hacia potenciales más negativos y más positivos, respectivamente, al agregar [BMIm]TfO, lo que revela la influencia inhibidora.

Curvas de polarización potenciodinámica para el acero al carbono en medio NaCl al 3,5% con y sin diferentes concentraciones de [BMIm]TfO.

A medida que aumenta el contenido de [BMIm]TfO, la densidad de corriente disminuye y, posteriormente, la tasa de corrosión se reduce Tabla 1. La eficiencia de inhibición más alta fue del 75 % para la concentración de inhibidor de 800 ppm. La influencia de inhibición observada se debe a la creación de una capa protectora debido a la adsorción de las especies líquidas iónicas en la superficie del electrodo. Esta capa aísla la superficie del ambiente corrosivo que, a su vez, conduce a la inhibición observada. Se estimó la extensión de la cobertura de la superficie (Ɵ) [BMIm]TfO. El grado de cobertura de la superficie aumenta a medida que aumenta el contenido de [BMIm]TfO en el electrolito. La cobertura total de la superficie del electrodo por las especies líquidas iónicas no se alcanzó en el rango de concentración estudiado de [BMIm]TfO.

Se exploró la dependencia de la eficacia inhibidora de la corrosión de [BMIm]TfO en la concentración y la temperatura. La Figura 2a manifiesta el cambio en la eficiencia inhibidora con la concentración de [BMIm]TfO a varias temperaturas. Como se ve, la eficacia inhibidora aumenta a medida que aumenta la concentración de [BMIm]TfO para todas las temperaturas. La Figura 2b muestra la dependencia de la eficiencia de inhibición de la temperatura del electrolito a diferentes concentraciones de [BMIm]TfO. Se ve que a una y la misma concentración de [BMIm]TfO, la eficacia de inhibición de la corrosión disminuye a medida que aumenta la temperatura. A concentraciones más altas de [BMIm]TfO, la magnitud de la influencia negativa de la temperatura en la eficiencia de inhibición se reduce17.

La dependencia de la eficiencia de inhibición de [BMIm] TfO en la corrosión del acero al carbono en soluciones de NaCl al 3,5% en función de (a) la temperatura y (b) la concentración.

El rendimiento de inhibición de la corrosión de [BMIm]TfO se investigó mediante la técnica de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). La figura 3 muestra los diagramas de Nyquist del electrodo de acero al carbono en la prueba sin electrolitos y que contiene diferentes concentraciones de [BMIm]TfO. Como se manifiesta en la Fig. 3, los gráficos muestran bucles capacitivos imperfectos. Cuanto mayor sea el diámetro del bucle siempre revela una resistencia a la corrosión de parada18. Con la adición de [BMIm]TfO, el diámetro aumenta, lo que significa su efecto inhibidor sobre la corrosión del acero al carbono en el electrolito de prueba. Esto es atribuible a la adsorción y formación de una película protectora del líquido iónico sobre la superficie del electrodo. Esta película enmascara la superficie, lo que conduce a la disminución del ataque de corrosión como lo demuestra la reducción de la capacitancia de doble capa estimada Cdl, Tabla 2. Además, los valores de (RS), (RP1) y (RP2) aumentan a medida que aumenta la temperatura. el contenido de [BMIm]TfO aumenta19.

Gráficos típicos de Nyquist para el acero al carbono en NaCl al 3,5 % sin y con diferentes concentraciones de [BMIm]TfO.

El circuito equivalente utilizado para ajustar las gráficas de Nyquist se muestra en la Fig. 4. Los valores de los parámetros EIS estimados se compilan en la Tabla 2. Los parámetros incluyen la resistencia de la solución (Rs), el elemento de fase constante (Q), la resistencia de polarización entre la superficie y la película formada durante la inmersión en el electrolito de prueba (Rp1), la capacitancia de la doble capa (Cdl) y la resistencia a la corrosión en la interfase película superficial/electrolito (Rp2).

El modelo de circuito equivalente se ajustó a los datos de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS).

Se realizaron estudios de isotermas de adsorción para explorar la naturaleza de la interacción de las especies líquidas iónicas con la superficie de acero al carbono. Varias isotermas de adsorción pueden describir la relación entre la extensión de la cobertura superficial y el contenido de especies adsorbidas, como las isotermas de Langmuir, Freundlich y Temkin. Se encontró que la interacción adsortiva de [BMIm]TfO obedece a la isoterma de Langmuir. La isoterma de adsorción de Langmuir se puede definir en la siguiente ecuación. (1)20.

donde (θ) es el grado de cobertura de la superficie (obtenido previamente de las medidas de EIS y PDP), (Cinb) es la concentración de [BMIm]TfO y (Kads) es la constante de equilibrio de adsorción.

Trazar la relación de Langmuir entre Cinb/θ y Cinb da como resultado líneas rectas significativas con un coeficiente de correlación de la unidad y un valor de pendiente promedio de 1.35, Fig. 5a. Por lo tanto, es evidencia de que las especies líquidas iónicas se adsorben en ausencia de interacciones secundarias18. La constante de equilibrio para la adsorción de [BMIm]TfO (Kads) se calculó usando la intersección de la línea Cinb/θ frente a Cinb, Tabla 3. En consecuencia, se empleó el valor de Kads para estimar la energía libre estándar de adsorción (ΔG°ads) con base en la ecuación (2):

Isotermas de Langmuir (a) y Temkin (b) para la adsorción del líquido iónico sobre el acero al carbono en soluciones de NaCl al 3,5%.

donde R, T y 55,5 son la constante de los gases, la temperatura del sistema y la concentración de moléculas de agua en molares. Los valores de ∆Goads se determinaron para el inhibidor líquido iónico a diferentes temperaturas, como se muestra en la Tabla 3. Se ve que los valores negativos altos de ∆Goads están correlacionados con el rendimiento de adsorción impulsiva de [BMIm]TfO en la superficie y se refieren a la estado de estabilidad de la capa adsorbida. Este comportamiento indica la intensa interacción entre los constituyentes del líquido iónico y la superficie del electrodo21. Como concepto común, los valores de ∆Goads hasta −20 kJ mol−1 están asociados a la interacción electrostática de los compuestos cargados con la superficie cargada en la que el proceso de adsorción, en este caso, es únicamente físico. Al aumentar los valores de ∆Goads por encima de − 40 kJ mol−1 se encontrará la adsorción química22.

A partir de las medidas obtenidas, los valores de ∆Goads se estabilizaron en −31 kJ mol−1 en el rango de temperatura de 303 a 333 K. Esto indica que la adsorción de especies líquidas iónicas es una adsorción física típica. Los resultados revelan que la adsorción de las especies del líquido iónico, típicamente el catión de imidazolio, ocurre física y electrostáticamente, a través de la interacción entre el catión de imidazolio y los centros cargados en la superficie del electrodo. La naturaleza espontánea de la adsorción de las especies líquidas iónicas en la superficie está indicada por los valores negativos de ∆Goads23. El calor de adsorción ∆Hoads también se estimó a partir de la ecuación de Van't Hoff. (3):

Trazando la relación entre ln Kads contra 1/T se obtiene una línea recta como se manifiesta en la Fig. 5b. La pendiente de la línea obtenida es equivalente a (− ∆Hoads/R) en la que el valor del calor de adsorción (∆Hoads) es casi el valor del calor de adsorción estándar según los procedimientos de prueba20. A partir de la termodinámica, la entropía estándar de adsorción (∆Soads) se puede obtener utilizando la ecuación. (4):

Los parámetros termodinámicos calculados (∆Goads, ∆Hoads y ∆Soads) se recopilan en la Tabla 3. Se observa que el valor de ∆Hoads es negativo (−73 KJ mol−1) lo que indica el impacto de la adsorción de [BMIm]TfO en la superficie . Al inspeccionar los valores de (∆Soads) como se enumeran en la Tabla 3, es obvio que el valor de ∆Soads es el signo negativo (− 162 J mol−1 K−1). La señal negativa de ∆Soads se puede correlacionar con el medio disuelto, lo que generalmente se demuestra como un crecimiento en el desorden, ya que los reactivos se están convirtiendo en complejos eficientes. Además, la forma observada puede explicarse por el mecanismo de sustitución de más moléculas de agua a lo largo del proceso de adsorción del líquido iónico en la superficie24.

Además de las investigaciones termodinámicas, el modelo de activación cinética también es una técnica importante para estudiar el mecanismo de inhibición y explicar las características de la acción protectora de [BMIm]TfO a diferentes temperaturas. Se empleó la ecuación de Arrhenius para estimar los parámetros de activación de la corrosión, ver Eq. (5)25:

donde, (CR) representa la velocidad de corrosión, (Ea) es la energía de activación, (R) es la constante de gas y (A) es el factor preexponencial.

Los diagramas de Arrhenius de la relación entre ln (CR) y 1/T se representan en la Fig. 6a. Como se ve, se obtiene un comportamiento lineal y las pendientes de las rectas son (−Ea/R) por lo que se determinaron los valores de la energía de activación (Ea) en presencia y ausencia de diversas concentraciones de [BMIm]TfO. Además, existe otra formulación para el estado de transición como se describe en la siguiente ecuación. (6)26.

( a ) Arrhenius y ( b ) Gráficos de estado de transición para la corrosión del acero al carbono en NaCl al 3,5% sin y con diferentes concentraciones de [BMIm] TfO.

Los términos de la ecuación son la constante de Plank (h), el número de Avogadro (N), la entropía de activación (∆S*) y la entalpía de activación (∆H*). Los gráficos de ln CR/T frente a 1/T para el inhibidor líquido iónico se presentan en la Fig. 6b. La pendiente de las líneas obtenidas es igual a (−∆ H*/R) y el intercepto es (lnR/Nh + ∆S*/R), por lo que se pueden estimar los valores de ∆H* y ∆S*. En rangos de concentración definidos del inhibidor líquido iónico, los parámetros de activación para el acero al carbono en medio de cloruro de sodio se recopilan e ilustran en la Tabla 4. Los resultados revelan que con la existencia de [BMIm]TfO la energía de activación aumenta y la entalpía de activación se incrementa levemente. reduce mientras que los valores de la entropía para el proceso de corrosión aumentan significativamente. La energía de activación (Ea), que es la cantidad mínima de energía requerida para iniciar una reacción química, alcanza un valor de 24 kJ mol-1 en un alto contenido de líquido iónico y para la solución en blanco es de solo 16 kJ mol-1. El aumento del valor de Ea bajo el efecto del inhibidor líquido iónico podría atribuirse al régimen físico de sorción27. Una explicación adicional informó que el aumento del valor de la energía de activación también podría atribuirse a la reducción gradual en el proceso de adsorción de [BMIm] TfO en la superficie bajo el efecto del calor. En base a estos fenómenos, a medida que el proceso de adsorción se reduce, se produce una mayor acción de desorción de las especies líquidas iónicas cuando los sistemas de protección y disolución están en equilibrio. También se revela que los valores secuenciales de Ea y ∆Ho presentados en la Tabla 4 varían en la misma tendencia, lo que confirma los fenómenos termodinámicos comunes. En un seguimiento particular, se ha observado que el valor de las entropías de activación es negativo, lo que significa que el complejo activado se encuentra en la etapa determinante de la velocidad y demuestra combinación en lugar de separación28.

La utilización de técnicas de análisis de superficies es bastante importante para conocer las características de los materiales, especialmente las superficies metálicas después de la exposición a los diversos entornos agresivos. Se realizó un examen SEM-EDX de la superficie del electrodo después de la inmersión en los electrolitos de prueba. Las imágenes SEM de la Fig. 7a yb muestran la superficie después de la exposición a NaCl al 3,5% sin y con la adición de [BMIm]TfO, respectivamente. La figura 7a, representativa de la imagen SEM de la superficie de acero desinhibida, muestra una superficie deteriorada y áspera como resultado de la corrosión29.

Imágenes SEM de (a) acero al carbono pulido y (b) después de 24 h de inmersión en NaCl al 3,5% y [BMIm] TfO.

En ausencia de [BMIm]TfO, toda la superficie del acero al carbono suele quedar oculta con los productos de corrosión. La capa porosa del producto de corrosión no puede proteger la superficie de la corrosión extrema. La adición del inhibidor líquido iónico al electrolito de prueba redujo el ataque agresivo sobre la superficie del acero, como se muestra en la Fig. 7b. La superficie está relativamente libre de productos de corrosión y, en comparación con la muestra no inhibida, la superficie es más suave, lo que significa la acción inhibidora de [BMIm]TfO30.

La Figura 8 representa el espectro EDX de la muestra no inhibida Fig. 8a y la muestra inhibida Fig. 8b ya que muestra que confirma los resultados SEM ya que, además de los picos de Fe, O y C, se registra un pico de N debido a la adsorción del catión imidazolio que conduce a la inhibición de la corrosión observada. Además, bajo la continuación de la cobertura de IL, las intensidades del espectro disminuyen debido a la formación de la capa de adsorción de IL en la superficie31.

Espectros EDX de (a) acero al carbono pulido, (b) después de 24 h de inmersión en NaCl al 3,5% y [BMIm]TfO.

Como se sabe, la aplicación de cálculos de química cuántica es necesaria para demostrar la relación entre la estructura molecular/electrónica del inhibidor y su eficiencia inhibidora de la corrosión32. Además, los estudios teóricos permiten la preselección óptima del inhibidor con las características deseadas33.

La geometría molecular del líquido iónico empleado se optimizó mediante el método semiempírico PM6. Las estructuras optimizadas luego se reoptimizaron mediante el método ab initio Hartree-Fock (HF) usando 6–31 + G(d,p) base establecida en el nivel Hartree-Fock (HF)34, y mediante el método de la teoría funcional de la densidad (DFT) usando el conjunto base 6–31 + G(d,p). Los valores de la longitud de enlace, el ángulo de enlace y el ángulo diedro calculados mediante el método DFT 6–31 + G (d,p) se compilan en la Tabla 5. Todos los cálculos se realizaron con el software gaussiano 09 W utilizando el funcional B3LYP35. B3LYUtiliza el funcional de tres parámetros de Bache (B3) y comprende una combinación de términos de intercambio HF con DFT y el funcional de correlación de Lee, Yang y Parr (LYP)36.

La estructura molecular optimizada, la característica de potencial electrostático y las superficies idénticas de densidad de electrones HOMO y LUMO del inhibidor de líquido iónico, como los patrones demostrados por IL que emplean la química del modelo PM3, se simbolizan en la Fig. 9a-d. A partir de la estructura optimizada, Fig. 9a, se ve la estructura pentágono plana del anillo de imidazolio. El potencial electrostático Fig. 9b muestra la nube de electrones alrededor de la estructura química. La distribución secuencial de electrones de HOMO Fig. 9c muestra información sobre las posiciones o ubicaciones que son significativas en el sistema para asignar los electrones al orbital de contraste de la molécula receptora. Por otro lado, la prevalencia de electrones de LUMO Fig. 9d muestra información sobre los sitios de moléculas que están restringidos para reconocer el electrón de un otorgante conveniente37.

El orbital molecular de frontera (a) estructura optimizada, (b) potencial electrostático (ESP), (c) HOMO y (d) LUMO del líquido iónico [BMIm]TfO.

De la Fig. 9c, es obvio que la densidad electrónica del HOMO generalmente se combina con el catión de imidazolio en la estructura del líquido iónico, lo que indica la contribución del anillo de imidazolio en la adsorción del líquido iónico en la superficie del acero. Esto es consistente con los resultados publicados recientemente que indicaron, en base a estudios de química cuántica, que el anillo de imidazolio es probablemente el sitio activo crucial en los líquidos iónicos a base de imidazolio38. Los valores calculados de los parámetros químicos cuánticos, EHOMO, ELUMO y ΔE, que se ven afectados principalmente por las interacciones de electrones entre la superficie de acero y el inhibidor de líquido iónico, se ilustran en la Tabla 6. El valor de EHOMO describe la capacidad del inhibidor para donar electrones a la superficie del electrodo, mientras que el ELUMO mide la capacidad de recibir electrones en la molécula LUMO de una molécula donante adecuada39,40,41. La brecha de energía (ΔE), que se obtiene de la diferencia entre ELUMO y EHOMO, también es un factor sustancial que se puede emplear para detectar la actividad de la molécula. Principalmente, el valor mínimo de ΔE está relacionado con una gran eficiencia de inhibición y reactividad química42,43,44. Esto significa que el inhibidor en la superficie da/recibe electrones más fácilmente y, posteriormente, la adsorción del inhibidor en la superficie se vuelve más fácil. El signo negativo de EHOMO se refiere a la naturaleza de adsorción física del inhibidor líquido iónico45,46,47.

A la luz de los resultados anteriores, se puede concluir que el líquido iónico empleado se adsorbe electrostáticamente en la superficie del acero y el catión de imidazolio es responsable de la influencia inhibidora observada ya que el anillo de imidazolio se absorbe paralelamente en la superficie del acero.

[BMIm]TfO se examinó como un posible inhibidor de la corrosión del acero al carbono en soluciones de cloruro. Los resultados revelaron la acción inhibidora de [BMIm]TfO que aumenta a medida que aumenta la concentración. Los resultados de la polarización potenciodinámica mostraron que el líquido iónico es un inhibidor mixto ya que se vieron influenciados tanto los procesos catódicos como los anódicos. El acto inhibidor de [BMIm]TfO es atribuible a la adsorción de los cationes de imidazolio en la superficie del acero al carbono, estableciendo una capa de barrera que protege la superficie del medio agresivo. Se encontró que la adsorción de [BMIm]TfO obedece a la isoterma de Langmuir. La energía libre de adsorción reveló que la adsorción de las especies líquidas iónicas ocurre físicamente a través de la interacción electrostática del catión de imidazolio con los centros cargados en la superficie del electrodo. Los resultados demostraron que los líquidos iónicos pueden ser utilizados como inhibidores de corrosión para acero al carbono en soluciones de salmuera con una alta eficiencia que les permite competir con los inhibidores comerciales utilizados actualmente, a pesar de su alto precio, se consideran competitivos por más de una razón, entre ellas su eficacia y la razón más importante es que son menos tóxicos y, por lo tanto, están en línea con la tendencia mundial de reemplazar los materiales tóxicos. Por lo tanto, podría usarse actualmente con efectos potenciales y materiales menos tóxicos, lo que hace que estos materiales estén listos para competir en el campo de la industria del petróleo y el gas.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles en este artículo publicado.

La versión original en línea de este artículo fue revisada: En la versión original de este artículo, AM El Shamy y S. Zein El Abedin estaban incorrectamente afiliados al 'Departamento de Petroquímica, Instituto de Investigación del Petróleo de Egipto, PB 11727, Nasr City, El Cairo, Egipto. ' La afiliación correcta es: 'Laboratorio de Electroquímica y Corrosión, Departamento de Química Física, Centro Nacional de Investigación, Dokki, 12622, El Cairo, Egipto'.

La versión original en línea de este Artículo fue revisada: La versión original de este Artículo contenía errores en las Afiliaciones. La información completa sobre las correcciones realizadas se puede encontrar en la corrección de este artículo.

Se ha publicado una corrección de este artículo: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22010-9

Se ha publicado una corrección de este artículo: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28979-1

Sun, C., Liu, J., Sun, J., Lin, X. & Wang, Y. Sondeo del comportamiento de corrosión inicial del acero X65 en entornos CCUS-EOR con fluidos de CO2 supercríticos impuros. Corro. ciencia 1, 109585 (2021).

Artículo Google Académico

Reda, Y., Yehia, HM & El-Shamy, AM Propiedades microestructurales y mecánicas de la aleación Al-Zn 7075 durante RRA y triple envejecimiento. Egipto. J. Mascota. 31, 9–13. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2021.12.001 (2022).

Artículo Google Académico

Zohdy, KM, El-Sherif, RM & El-Shamy, AM Comportamientos de corrosión y pasivación del estaño en soluciones acuosas de diferentes pH. J. Bio- Tribo-Corros. 7(2), 1–7. https://doi.org/10.1007/s40735-021-00515-6 (2021).

Artículo Google Académico

Sarkar, TK, Saraswat, V., Mitra, RK, Obot, IB y Yadav, M. Mitigación de la corrosión en pozos de petróleo/acero para tuberías usando pirimidinas como inhibidor de corrosión eficiente: investigación experimental y teórica. Mate. Hoy Comun. 26, 101862 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Azam, MA, Sukarti, S. & Zaimi, M. Comportamiento de corrosión del acero de tubería de petróleo/gas natural API-5L-X42 en aguas marinas del Mar de China Meridional y del Estrecho de Melaka. Ing. Fallar. Anal. 115, 104654 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Abdel-Karim , AM , El-Shamy , AM & Reda , Y. Resistencia a la corrosión y a la corrosión bajo tensión de la aleación Al Zn 7075 mediante recubrimientos nanopoliméricos . J. Bio-Tribe Runs. 8, 57. https://doi.org/10.1007/s40735-022-00656-2 (2022).

Artículo Google Académico

Zhang, S. et al. Un estudio sobre la interacción entre los iones de cloruro y el CO2 hacia la corrosión del acero al carbono. Corro. ciencia 167, 108531 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Abbas, MA & Bedair, MA Adsorción y estudios computacionales para evaluar el comportamiento de compuestos basados en silicio como nuevos inhibidores de corrosión de superficies de acero al carbono en medios ácidos. Z. Phys. química 233, 225–254 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Tan, B. et al. Información sobre el rendimiento anticorrosivo de dos sabores alimentarios como inhibidores ecológicos y de ultra alto rendimiento para cobre en medio de ácido sulfúrico. J. Interfaz coloidal Sci. 609, 838–851. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.11.085 (2022).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Tan, B. et al. Extracto de hojas de Passiflora edulia Sims como inhibidor renovable y degradable de cobre en solución de ácido sulfúrico. Surf de coloides. A 645, 128892. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128892 (2022).

Artículo CAS Google Académico

El-Shamy, AM, El-Hadek, MA, Nassef, AE y El-Bindary, RA Optimización de las variables que influyen en la propiedad de corrosión de la aleación de acero 4130 en una solución de NaCl al 3,5% en peso. J. Chem. 2020, 9212491. https://doi.org/10.1155/2020/9212491 (2020).

Artículo CAS Google Académico

El-Shamy, AM, El-Hadek, MA, Nassef, AE y El-Bindary, RA Diseño de Box-Behnken para mejorar la resistencia a la corrosión de una aleación de acero de alta resistencia en una solución de NaCl al 3,5 % en peso. Mor. J. Chem. 8(4), 788–800. https://doi.org/10.48317/IMIST.PRSM/morjchem-v8i4.21594 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Attia, H., Mohamed Nawal, H., Soad, M. y Samar, M. Estudios fitoquímicos y farmacológicos sobre Convolvulus fatmensis Ktze. J.Nat. Remed. 7(1), 109–119 (2007).

Google Académico

Bhaskaran, Y. et al. Evaluar el impacto anticorrosivo de un líquido iónico sobre hierro-acero al carbono: Síntesis, mecanismo computacional y experimental. química Papilla. 75, 789–803 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Mohsenifar, F., Jafari, H. & Sayin, K. Investigación de parámetros termodinámicos para la corrosión del acero en solución ácida en presencia de N, N′-Bis (floroacetofenona)-1, 2 propanodiamina. J. Bio- Tribo- Corros. 2, 1 (2016).

Artículo Google Académico

Reda, Y., El-Shamy, AM & Where, AK Efecto de la fragilización por hidrógeno en las microestructuras de la aleación de acero galvanizado 4130. Ain Shams Eng. J. 9(4), 2973–2982. https://doi.org/10.1016/j.acej.2018.08.004 (2018).

Artículo Google Académico

Gad, EA y El-Shamy, AM Mecanismo de corrosión y corrosión microbiana de la 1,3-dibutiltiourea utilizando cálculos químicos cuánticos. J. Bio- Tribo- Corros. 8, 71. https://doi.org/10.1007/s40735-022-00669-x (2022).

Artículo Google Académico

Xu, X., Singh, A., Sun, Z., Ansari, KR y Lin, Y. Análisis teórico, termodinámico y electroquímico del fármaco de biotina como inhibidor de corrosión inminente para acero dulce en ácido clorhídrico al 15 %. R. Soc. Ciencia abierta. 4, 170933 (2017).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Hossain, N., Asaduzzaman Chowdhury, M. & Kchaou, M. Una descripción general de los inhibidores de corrosión ecológicos para un desarrollo industrial sostenible y respetuoso con el medio ambiente. J. Adhes. ciencia Tecnología 35, 673–690 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Ardakani, EK, Kowsari, E., Ehsani, A. y Ramakrishna, S. Rendimiento de todos los líquidos iónicos como compuestos ecológicos y sostenibles para inhibir la corrosión en diversos medios: una revisión exhaustiva. microquímica J. 165, 106049 (2021).

Artículo CAS Google Académico

El-Shamy, AM, Zakaria, K., Abbas, MA y El Abedin, SZ Efectos antibacterianos y anticorrosivos del líquido iónico 1-butil-1-metilpirrolidinio trifluorometilsulfonato. J. Mol. Liq. 211, 363–369 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Mouneir, SM, El-Hagrassi, AM & El-Shamy, AM Una revisión sobre las composiciones químicas de los productos naturales y su papel en el establecimiento de tendencias actuales y metas futuras. Egipto. J. Chem. 65(5), 491–506. https://doi.org/10.21608/ejchem.2021.95577.4486 (2022).

Artículo Google Académico

Sherif, ESM, Abdo, HS & El Abedin, SZ Inhibición de la corrosión del hierro fundido en el agua de mar del golfo Arábigo por dos líquidos iónicos diferentes. Materiales 8, 3883–3895 (2015).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shehata, MF, El-Shamy, AM, Zohdy, KM, Sherif, ESM y Zein El Abedin, S. Estudios sobre la influencia antibacteriana de dos líquidos iónicos y su rendimiento de inhibición de la corrosión. aplicación ciencia 10, 1444 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Musa, AY, Mohamad, AB, Kadhum, AAH, Takriff, MS y Ahmoda, W. Estudios químicos cuánticos sobre la inhibición de la corrosión para una serie de compuestos de tio en acero dulce en ácido clorhídrico. J. Ind. Ing. química 18, 551–555 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Abdel-Karim, AM & El-Shamy, AM Una revisión sobre inhibidores de corrosión verdes para la protección de artefactos metálicos arqueológicos. J. Bio- Tribo- Corros. 8, 35. https://doi.org/10.1007/s40735-022-00636-6 (2022).

Artículo Google Académico

Kabel, KI, Zakaria, K., Abbas, MA & Khamis, EA Evaluación del comportamiento inhibidor de la corrosión de derivados de 2-aminotiofenol en acero al carbono en HCl 1 M. J. Ind. Ing. química 23, 57–66 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Joshi, SJ, Deshmukh, A. & Sarma, H. Biotecnología para el medio ambiente sostenible (Springer, 2021).

Libro Google Académico

Verma, C. et al. Los sulfonamidometilfosfonatos de aril como nueva clase de inhibidores de corrosión verdes para acero dulce en HCl 1 M: investigación electroquímica, de superficie y química cuántica. J. Mol. Liq. 209, 306–319 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Bakr, AA, Zakaria, K., Abbas, MA & Hamdy, A. Filtración de medios de Amphistegina como pretratamiento de la unidad de desalinización SWRO para producir diferentes salinidades para estudiar el comportamiento de corrosión de varios materiales. Desalinizar Tratamiento de agua. 57, 16703–16720 (2016).

CAS Google Académico

Ouakki, M. et al. Estudios electroquímicos, termodinámicos y teóricos de algunos compuestos derivados de imidazol como inhibidores de la corrosión ácida para acero dulce. J. Mol. Liq. 319, 114063 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Soliman, SA, Metwally, MS, Selim, SR, Bedair, MA & Abbas, MA Inhibición de la corrosión y comportamiento de adsorción del nuevo surfactante de base Schiff sobre acero en ambiente ácido: estudios experimentales y teóricos. J. Ind. Ing. química 20, 4311–4320 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Farag, AA, Ismail, AS y Migahed, MA Inhibidor de corrosión de proteína de desecho de camarón respetuoso con el medio ambiente para acero al carbono en solución de HCl 1 M. Egipto. J. Mascota. 27, 1187–1194 (2018).

Artículo Google Académico

Mashuga, ME et al. Estudios de adsorción, termodinámica y química cuántica de líquidos iónicos a base de 1-hexil-3-metilimidazolio como inhibidores de corrosión para acero dulce en HCl. Materiales 8, 3607–3632 (2015).

Artículo CAS PubMed Central Google Académico

Abbass, M., Mohammed, KZ y Hamdy, A. Propiedades de adsorción y efecto inhibidor del fármaco antibacteriano sobre la corrosión del acero al carbono en medio HCl. Biosci. Biotecnología. Res. Asia. 9, 27–37 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Hameed, RSA, Ismail, EA, Al-Shafey, HI y Abbas, MA Terapéuticos de indometacina caducados como inhibidores de la corrosión para acero al carbono en medios de ácido clorhídrico 1,0 M. J. Bio- Tribo-Corros. 6, 1–10 (2020).

Google Académico

Gece, G. El uso de métodos químicos cuánticos en estudios de inhibidores de corrosión. Corro. ciencia 50, 2981–2992 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Frisch, M. et al. Gaussian 09, Revisión A. 01 (2009).

Lee, C., Yang, W. & Parr, RG Desarrollo de la fórmula de energía de correlación de Colle-Salvetti en un funcional de la densidad electrónica. física Rev. B. 37, 785 (1988).

Artículo CAS Google Académico

Tian, G. & Yuan, K. Adsorción y comportamiento de inhibición de derivados de tetrafluoroborato de imidazolio como inhibidores de corrosión verde para acero al carbono. J. Mol. Modelo. 27, 1–16 (2021).

Artículo Google Académico

Singh, AK et al. Evaluación del desempeño anticorrosivo de un cefdinir antibiótico semisintético caducado para acero dulce en medio HCl 1 M: un estudio experimental y teórico. Resultados Phys. 14, 102383 (2019).

Artículo Google Académico

Zohdy, KM, El-Sherif, RM, Ramkumar, S. & El-Shamy, AM Estudios cuánticos y electroquímicos de los hallazgos de evolución de hidrógeno en reacciones de corrosión de acero dulce en medio ácido. Upstream Oil Gas Technol. 6, 100025. https://doi.org/10.1016/j.upstre.2020.100025 (2021).

Artículo Google Académico

Karthikaiselvi, R. & Subhashini, S. Estudio de las propiedades de adsorción e inhibición de la corrosión del acero dulce en medios de ácido clorhídrico por poli (vinil alcohol-o-metoxianilina) compuesto soluble en agua. J. Asociado. Universidad Árabe aplicación básica ciencia 16, 74–82 (2014).

Google Académico

Tang, Y. et al. Una investigación preliminar de la inhibición de la corrosión del acero dulce en H2SO4 0,5 M por 2-amino-5-(n-piridil)-1, 3, 4-tiadiazol: simulaciones de polarización, EIS y dinámica molecular. Corro. ciencia 52, 1801–1808 (2010).

Artículo CAS Google Académico

Farag, HK, El-Shamy, AM, Sherif, EM y El Abedin, SZ Síntesis sonoquímica de compuestos nanoestructurados de ZnO/Ag en un líquido iónico. Z. Phys. química 230(12), 1733–1744. https://doi.org/10.1515/zpch-2016-0777 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Abbas, MA, Zakaria, K., El-Shamy, AM & El Abedin, SZ Utilización de líquido iónico de cloruro de 1-butilpirrolidinio como inhibidor de corrosión y biocida ecológico para equipos de yacimientos petrolíferos: estudios combinados de pérdida de peso, electroquímicos y SEM Z. física química 235(4), 377–406. https://doi.org/10.1515/zpch-2019-1517 (2019).

Artículo CAS Google Académico

El-Shamy, AM & Abdel Bar, MM Líquido iónico como inhibidor potencial y soluble en agua para la corrosión y la corrosión microbiana de artefactos de hierro. Egipto. J. Chem. 64(4), 1867–1876. https://doi.org/10.21608/ejchem.2021.43786.2887 (2021).

Artículo Google Académico

Descargar referencias

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en cooperación con The Egyptian Knowledge Bank (EKB). Este trabajo fue apoyado por propios.

Departamento de Aplicaciones del Petróleo, Instituto Egipcio de Investigación del Petróleo, PB 11727, Nasr City, El Cairo, Egipto

Mohamed A. Abbas

Departamento de Petroquímica, Instituto Egipcio de Investigación del Petróleo, PB 11727, Nasr City, El Cairo, Egipto

Amr S. Ismail

Departamento de Análisis y Evaluación, Instituto Egipcio de Investigación del Petróleo, PB 11727, Nasr City, El Cairo, Egipto

K. Zakaria

Laboratorio de Electroquímica y Corrosión, Departamento de Química Física, Centro Nacional de Investigación, Dokki, 12622, El Cairo, Egipto

AM El-Shamy y S. Zein El-Abedin

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

MAA, ASI y KZ analizaron los datos y escribieron el trabajo experimental en este manuscrito; SZEA actúa como consultor de la información científica, y SZEA y AME-S. ayudó a realizar el análisis con discusiones constructivas.

Correspondencia a AM El-Shamy.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Abbas, MA, Ismail, AS, Zakaria, K. et al. Investigaciones de adsorción, termodinámica y química cuántica de un líquido iónico que inhibe la corrosión del acero al carbono en soluciones de cloruro. Informe científico 12, 12536 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16755-6

Descargar cita

Recibido: 27 Abril 2022

Aceptado: 14 julio 2022

Publicado: 22 julio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16755-6

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Revista de biocorrosión y tribocorrosión (2023)

Papeles químicos (2023)

Revista de biocorrosión y tribocorrosión (2023)

Informes científicos (2022)

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.

Blog

Investigaciones de adsorción, termodinámica y química cuántica de un líquido iónico que inhibe la corrosión del acero al carbono en soluciones de cloruro