Введение к работе
%jb\ Ь ^
Актуальность темы. Коррозия металлов и сплавов наносит серьезный ущерб как промышленному оборудованию, так и окружающей среде. В результате коррозионных процессов происходит разрушение металлических материалов, в частности, получаемых из невосполняемого природного сырья. Кроме того, коррозия приводит к авариям на различных производствах. Практически все аварии и катастрофы на нефтепроводах связаны с коррозионным разрушением металлов. Разрьгеы нефте-, газо- и продуктопроводов приводят к утечке нефти, газа, конденсата, метанола и других загрязнителей, способных опасно воздействовать на воздух, почву, растительный и животный мир, человека.
Экономичным и эффективным средством снижения коррозии является применение ингибиторов. В отличие от регуляторов среды, которые вводятся в систему в относительно больших объемах, эффективные концентрации ингибиторов настолько малы, что они не изменяют заметно ни свойств среды, ни ее состава. Наиболее широко в промышленности применяют ингибиторы коррозии при кислотном травлении стали и стальных заготовок, кислотном преобразовании ржавчины, при кислотной обработке призабойных пластов нефтегазовых скважин, а также при очистках теплоэнергетического, теплооб-менного, химического и другого оборудования.
В настоящее время разработано большое количество соединений различной природы, обладающих ингибирующим действием. Однако усложняющиеся условия производственных процессов требуют создания новых высокоэффективных ингибиторов, защищающих металл от коррозии, коррози-онно-механических разрушений и т.п. Вместе с тем, ингибиторы коррозии из числа органических соединений зачастую не безопасны для окружающей среды и здоровья человека. Ингибирование нефти, водно-нефтяных смесей, воды, травильных растворов неизбежно сопровождается проникновением ингибиторов в водоемы, почву, воздушную среду. Поэтому разработка и внедрение новых высокоэффективных ингибиторов, многие из которых обладают высоким защитным действием при концентрациях на 1-2 порядка меньших, чем концентрации используемых ныне в противокоррозионной защите веществ, является актуальной задачей не только с точки зрения экономической выгоды.
Создание и научно-обоснованный выбор новых высокоэффективных ингибиторов невозможно без применения достижений синтетической органической химии, знания физико-химических закономерностей влияния органических веществ на коррозионный процесс в целом и процессы, его составляющие, использования современных представлений электрохимии, науки о строении вещества.
Органические соединения элементов 6А группы давно известны как ингибиторы кислотной коррозии черных металлов. Наиболее полно исследовались соединения серы: сульфиды, сульфокислота, сульфонилпроизводные, тиоспирты, производные тиомочевипы. Значительно-менее полно изучены
ьл ниГЕНА 1
т ЮС НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА С.І 09
производные селена и теллура, хотя среди них есть вещества, способные эффективно подавлять коррозию. Исследование рядов однотипных веществ, содержащих элементы Va и Via групп, в ряде случаев выявило тенденцию к увеличению ингибирующей способности при переходе от производных азота к производным фосфора и мышьяка, при переходе от соединений кислорода к соединениям серы, селена и теллура. Представляет интерес поэтому изучение механизма влияния природы гетероатомов на защитные свойства элементор-ганических соединений.
Поиск высокоэффективных ингибиторов коррозии проводится преимущественно среди соединений, одновременно содержащих несколько функциональных групп, способных вызывать снижение коррозии металлов: ароматические фрагменты наряду с атомами серы, фосфора, азота. В ряде случаев различные функциональные группы, входящие в состав ингибитора, способны усиливать защитное действие друг друга, проявляя так называемый синергетический эффект. По имеющимся сведениям, поиск таких веществ, функциональные группы которых (или продукты их превращения) способны взаимно усиливать защитное действие друг друга, весьма перспективен среди органических производных халькогенов.
Цель работы: исследование ингибирующего действия ониевых солей элементов 6А группы, органических дихалькогенидов, производных меток-сиарилтио- и метоксиарилселенометанов на железо, а также широко используемые в промышленности стали СтЗ и Ст45 в растворах серной и соляной кислот, выявление закономерностей их влияния на составляющие коррозионного процесса.
Задачи работы:
гравиметрическим методом исследовать влияние ониевых солей серы, селена, теллура, органических дихалькогенидов, производных метоксиарилтио- и метоксиарилселенометанов на коррозию стали в растворах серной и соляной кислот.
методом поляризационных кривых исследовать влияние соединений вышеперечисленных классов на коррозионно-электрохимическое поведение железа, сталей СтЗ и Ст45, их влияние на парциальные электродные процессы: катодное выделение водорода и анодное растворение металла.
исследовать влияние соединений вышеперечисленных классов на емкость двойного электрического слоя на железном электроде в сернокислом растворе, изучить зависимости защитного действия добавок от степени заполнения поверхности электрода в связи со строением и составом органических соединений.
сформулировать рекомендации для дальнейшего поиска перспективных ингибиторов кислотной коррозии сталей среди соединений изученных классов.
Научная новизна,
1. Впервые проведено систематическое исследование солей сульфония, селе-нония, теллурония в качестве ингибиторов кислотной коррозии железа и сталей. Обобщены закономерности влияния природы гетероатома, природы за-
местителей, природы корродирующего материала на защитный эффект данного класса ингибиторов в целом и составляющие его парциальные электродные процессы.
-
Впервые получены и интерпретированы систематические экспериментальные данные по влиянию на коррозию железа, сталей СтЗ и Ст45 (4-диметиламинофенил)дихалькогенидов и их производных, бис(4-диметиламинофенил)тио-, бис(4-диметиламинофенил)селенодиметилового эфиров, метоксиарилтио- и метоксиарилселенометанов.
-
Дана интерпретация различий в защитном действии соединений изученных классов с позиций теории строения органических веществ, представлений квантовой химии, физической химии, электрохимии и коррозионной науки.
-
Выявлен характер зависимости парциальных вкладов в суммарное защитное действие различных функциональных групп, входящих в состав ингибиторов, от природы корродирующего материала.
-
Среди соединении изученных классов выявлены высокоэффективные ингибиторы коррозии, проявляющие защитный эффект порядка 90% при концентрациях 0.1-0.3 г/л.
Практическая значимость: представленные экспериментальные данные и обобщенные закономерности могут быть использованы как научная основа для дальнейшего поиска и целенаправленного синтеза высокоэффективных ингибиторов кислотной коррозии черных металлов, содержащих элементы 6А группы. Обнаруженные среди исследованных веществ высокоэффективные ингибиторы коррозии железа и сталей пригодны для использования в промышленных процессах.
Положения, выносимые на защиту:
-
Экспериментальные результаты по защитной эффективности исследованных соединений сульфония, селенония, теллурония, (4-диметиламинофенил)дихалькогенидов и их производных, бис(4-диметиламинофенил)тио-, бис(4-диметиламинофенил)селенодиметилового эфиров, метоксиарилтио- и метоксиарилселенометанов.
-
Закономерности влияния анионного состава коррозионной среды, природы заместителей, обусловленных ими физико-химических свойств соединений на защитное действие веществ изученных классов.
-
Экспериментальные данные об изменении эффективности ингибиторов в зависимости от природы корродирующего материала.
-
Экспериментальные данные о зависимости эффективности тех или иных вводимых в состав ингибитора функциональных групп от природы корродирующего материала.
-
Интерпретация экспериментально наблюдаемых различий в механизме защитного действия простых солей аммония, сульфония, селенония и теллурония с позиций квантовой химии.
Апробация работы: основные результаты диссертационной работы докладывались на международной конференции «Физико-химические основы новейших технологий XXI века» (Москва, 2005), на VIII международном
Фрумкинском симпозиуме «Кинетика электродных процессов» (Москва, 2005).
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 4 статьи, в том числе две в центральной печати, и 6 тезисов и материалов докладов.
Объем работы: диссертация включает введение, пять глав, выводы и список цитированной литературы, содержащий 168 наименований отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 23 таблицы.
