ترکیب رنگی آزویی 8-کوئینولین-5-آزوآنتیپیرین منحصر بفرد برای خوردگی فولاد در محیط اسیدی

تاریخ انتشار روی سایت: 16 فروردین ماه 1403

تاریخ انتشار بر روی ژورنال: 22 آذر ماه 1386

نویسندگان: Y. Abbouda, A.Abourrichea, T.Saffaja, M.Berradaa, M.Charroufa, A.Bennamaraa, H.Hannache

DOI: 10.1016/j.desal.2007.12.031

نگارشگر خلاصه نامه: سید امیرحسین میرصدری

خوردگی فلزات در صنعت میتواند اثرات مخرب فراوانی در صنایع و به تبع آن در زندگی مردم بگذارد. از این منظر دانشمندان به دنبال راهکاری برای کاهش خوردگی فلزات هستند. بسیاری از فلزات و مواد مختلف بازدارنده در حضور آب و اسید مورد بررسی قرار گرفته اند. بطور مثال، فولاد میتواند ضد زنگ باشد اما تا حدودی اتم های آهن آلیاژ شده در فولاد میتواند بعد از مدتی در محلول های اسیدی کمی دارای خوردگی شود. برای حل این مشکل گروهی از پژوهشگران به دنبال راهی برای سنتز مواد رنگی برای جلوگیری از خوردگی شدند. پیش از این ترکیبات معدنی نیتریت، فسفونات، سیلیکات، روی و کادمیوم و ترکیبات آلی لیگاندهای دارای اتم های نیتروژن و اکسیژن ثابت کرده بودند که میتوانند تا حدودی باعث بازداری در خوردگی شوند. از اینرو این مسیر توسط پژوهشگران بررسی و ترکیب رنگدانه آلی آزویی 8 کوئینولین-5-آزوآنتیپیرین (HQAP) به عنوان پوششی برای آلیاژ فولادی آهن استفاده شد. دلیل استفاده از این ترکیب این بود که نسبت به مولکول های قبلی ذکر شده، ضرر کمتری برای محیط زیست خواهد داشت. این ترکیبات آزو به قدری مناسب هستند که حتی در صنایع داروسازی استفاده میشوند، همچنین خواص اکسیداسیون و احیایی آنها میتواند آنها را به کاندید مناسبی برای بسیاری از واکنش های شیمیایی تبدیل کند.

از اینرو سری آزمایشهای مختلف از مقادیر غلظت های بسیار کم HQAP در محلول 1 مولار هیدروکلریک اسید استفاده شد. این سری از آزمایشات شامل وزن سنجی، اسپکتروسکوپی و ارزیابی پتانسیودینامیک پلاریزاسیون (منحنی تافل) بود. در هر یک از آزمایشات رفتار یون و اتم آهن در فلز فولاد مورد بررسی قرار گرفت، در این بین از آنجایی که حل شدن اتمی در محلول میتواند از وزن آلیاژ بکاهد بعد از چندین ساعت از واکنش خوردگی تغییرات وزن الکترود کار مورد بررسی قرار میگرفت و مشاهده میگشت که در نبود HQAP خوردگی بیشتر و در حضور آن وزن الکترود کار کمتر کم میشود. به همین شکل محلول را میتوان از طریق طیف سنجی ماورابنفش-مرئی مورد بررسی قرار داد که چه میزان فلز آهن در هر ساعت وارد محلول میشود بدین منظور میتوانیم میزان خوردگی را از فرمولی که در متن بیان شده بدست آوریم و بازده فرایند را بیشتر مورد مطالعه قرار دهیم که همین بررسی ها نشان داد در دماهای پایین و غلظت های پایین بازده تا 97% افزایش میابد. این آزمایشات نشان داد که افزایش دما و افزایش غلظت باعث کاهش بازداری و افزایش خوردگی میشود. این دلایل توسط تئوری های سینتیکی آرنیوس و ونت هوف مورد تایید قرار گرفت که از آنجایی که این واکنش نوعی جذب سطحی فیزیکو شیمیایی (واکنش گرمازا جذب سطحی فیزیکو شیمیایی را افزایش میدهد) است و به تبع آن گرماده میباشد و از اینرو ΔG آن منفی و واکنش ان خود به خودی است. اما زمانی که دما بالا میرود این مقدار انرژی آزاد گیبس برای جذب سطحی مثبت تر شده و کمتر میتواند جذب شود.

مکانیسم این واکنش بر پایه این بیان شده است که ترکیب آزو به دو شکل ایزومر و تاتومر میتواند جذب سطحی شده و از این طریق با ایجاد کمپلکس آهن با لیگاند HQAP باعث جلوگیری فیزیکی و جلوگیری از جریان آندی و کاتدی و یا هر دو شود. در برابر آن، اثر غلظت در معادله آرنیوس ثابت کرد که هرچه غلظت بالاتر رود انرژی فعالسازی واکنش نیز افزایش میابد و این خود دلیلی بر سخت تر انجام شدن واکنش است، که باعث افزایش انرژی فعالسازی میشود. بنابراین مقادیر 10_-6 مولار میتواند مقدار بهینه خوبی باشد. منحنی تافل این واکنش نشان میدهد که این ماده ضد خوردگی HQAP دارای ویژگی دوگانه است، که همزمان میتواند بر دو اثر حل شدن فلز در محلول و ایجاد هیدروژن در الکترود مقابل تاثیر بگذارند (به این معنا که باعث کاهش هم جریان کاتدی و هم جریان آندی میشود.)، که اثر کاتدی آن بیشتر مورد توجه قرار گرفت. پارامتر b برای هم جریان آندی و هم جریان کاتدی شیب خط کمتری برای آندی و شیب خط بیشتری برای کاتدی نشان داد که ما را متوجه تغییر مکانیسم واکنش کاتدی در حضور HQAP میکند ولی جریان و مکانیسم واکنش آندی تغییری نمیکند. این دسته از رنگ ها میتواند گزینه مناسبی برای پوشش فولادهای استفاده شده در صنعت باشد.