DFT 조사로 보완된 HCl 환경에서 연강에 대한 쉬프 염기 유도체의 부식 억제 특성

May 26, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8979(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

연강의 열화를 제한하기 위해 부식 억제제 및 보호 처리를 사용하는 데 대한 관심이 높아지고 있으며, 이로 인해 수많은 Schiff 염기가 최첨단 억제제로 개발되었습니다. 이 연구에서 HCl에서 연강 부식을 방지하기 위한 Schiff 염기인 3-((5-mercapto-1,3,4-thiadiazol-2-yl)imino)indolin-2-one(MTIO)의 효과는 다음과 같습니다. 체중 감량 측정, 전위차 분극 측정, 전기화학적 임피던스 분광학 기술 및 표면 특성화를 사용하여 조사했습니다. 실험 결과는 0.5mM MTIO가 303K에서 96.9%의 만족스러운 억제제 효율을 나타냄을 보여주었습니다. MTIO 분자는 Langmuir 모델에 따라 연강 표면에 물리적, 화학적으로 흡착되어 티아졸 고리의 존재로 인해 컴팩트한 보호막을 형성했습니다. MTIO 구조에서. 부식 방지 성능과 억제 메커니즘을 조사하기 위해 이론적인 계산을 실험 기술과 결합했습니다.

연강은 일반적으로 구조용 부품1을 만드는 데 사용되지만, 특히 환경 부식2에 취약하여 상당한 경제적 손실3을 초래합니다. 따라서 지속적인 연구는 산업용, 특히 석유 및 가스 산업6,7,8,9을 위한 부식 억제제4,5를 개발하는 것을 목표로 합니다. 효율적인 억제제는 철의 d-오비탈과 배위 결합하고 배위 결합을 형성하기 위해 질소, 산소, 황 및 파이 시스템과 같은 헤테로고리 고리 및/또는 헤테로원자를 필요로 합니다. 유기 억제제는 환경적으로 안전하며 우수한 부식 방지 특성을 나타냅니다. 황과 질소의 헤테로원자를 함유한 방향족 티아디아졸과 산소와 질소를 함유한 이사틴이 전자 공여체 역할을 합니다. 이전 연구에서는 0.01M의 2-아미노-5-머캅토-1,3,4-티아디아졸이 1M HCl16에서 연강 부식에 대해 99% 억제 효율을 달성했다고 보고했습니다. Al-Amieryet al. 새로운 Schiff 염기인 5,5'-((1Z,1'Z)-(1,4-phenylenebis(methanylylidene))bis(azanylylidene))bis(1,3,4-thiadiazole-2의 부식 방지를 조사했습니다. -티올)(PBB)은 이민 결합과 페닐 고리를 함유하고 있으며 1M HCl 용액에서 연강에 대해 95.16%의 억제 효율을 달성했습니다17. 두 연구를 비교하면 두 연구에 사용된 억제제의 화학 구조에 티아디아졸이 포함되어 있음이 밝혀졌지만 PBB에 이민 결합과 페닐 고리를 추가하면 2-아미노-5-메르캅토-2-아미노-5-머캅토로 달성한 것보다 억제 효율이 약간 낮아졌습니다. 1,3,4-티아디아졸. 부식 방지 거동이 평가되었지만 어떤 치환기가 부식 억제에 가장 크게 기여하는지는 여전히 불분명합니다. 실험적 연구는 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리기 때문에 이러한 문제를 극복하기 위해 현재 충분한 소프트웨어와 기술이 뒷받침되는 이론적 접근 방식이 채택되었습니다. 부식을 방지하는 입자의 능력은 전하 분포에 따라 달라지며, 이는 이론 연구를 통해 정확하게 결정될 수 있으며, 부식 억제 중 흡착 위치는 양자 화학 시뮬레이션의 적용을 통해 예측할 수 있습니다. 천연 화합물과 금속 표면의 상호 작용과 관련된 분석 결과에 관한 문제는 양자 화학 계산을 사용하여 답할 수 있습니다. 밀도 함수 이론(DFT)을 사용하면 억제제의 방향과 구조뿐만 아니라 억제제가 금속 표면에 흡착하는 방식과 관련된 억제제 동작에 대한 완전한 설명을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, Hadisaputra et al. 금속 부식 방지 화합물로서 쿠마린과 카페인의 효과를 예측하기 위해 DFT를 사용했습니다. 유기 부식 억제제가 금속 표면과 상호 작용하는 정도는 공여체 및 전자 흡인 부위와 위치에 따라 달라집니다.

테트라졸, 이미다졸, 트리아졸, 퀴놀론, 피리딘, 쉬프 염기, 4차 암모늄염 및 만니히 염기23,24,25,26,27를 포함한 구조적 부분을 가진 유기 화합물과 같은 부식성 환경에서 연강 부식 방지 화합물에 대한 많은 연구가 있습니다. 28,29,30. 고농축 산성 환경에서 사용되는 특히 중요한 종류의 부식 억제제는 티아디아졸과 알데히드로 만든 Schiff 염기입니다. 강철 표면의 보호 장벽 생성은 티아디아졸 분자에서 생성된 Schiff 염기에 의해 크게 영향을 받습니다. 연강에 대한 부식 억제제에 대한 수많은 연구가 발표되었지만 대부분은 염산, 황산 및 인산과 같은 강산 환경에서 수행됩니다33,34. 보호 코팅을 형성하거나 흡착되거나 강철 표면에 불용성 화합물을 생성함으로써 억제제는 활성 부위를 차단하여 부식을 방지하므로 억제제 효율은 억제제 구조에 의해 영향을 받습니다. 강철 표면에 대한 억제제의 흡착은 인, 황, 산소 및 질소 원자와 파이전자(이중 결합)36의 존재에 의해 결정됩니다. 분자 전자 매개변수와 부식 억제 효율성 사이의 단순화된 상관관계가 종종 평가됩니다. 많은 연구에서 이러한 전자 매개변수와 유기 부식 억제제의 부식 억제 효율성 사이의 관계가 발견되었습니다. 그러나 일부 연구자들은 연구 결과에 따라 다른 의견을 가지고 있는데, 12가지의 다양한 분자 전자 매개변수를 조사한 결과, 테스트된 매개변수 중 어느 하나도 보호 성능과 유의미한 연관성을 보이지 않았습니다. 따라서 소수의 화합물에 대해서만 확립되고 출판물에 널리 발표된 이러한 특성과 억제 성능 사이의 관찰된 상관관계는 그들의 발견에 의해 의문의 여지가 있습니다.