Актуальность работы. В промышленно-развитых странах ущерб от коррозии металлов превышает 5% национального продукта, поэтому создание и применение ингибиторов коррозии следует рассматривать как актуальную задачу. Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что имеются десятки компаний, специализирующихся по разработке ингибиторов и технологии их применения. Несмотря на то, что производство и ассортимент ингибиторов из года в год расширяются, их состав, технология получения, объем производства тщательно оберегаются зарубежными фирмами. Ингибиторы коррозии используются для создания стойких покрытий и химических соединений, связывающих кислород или другие ионы, служат в качестве добавок в композициях, для создания покрытий в циркулирующих водных системах, в сетях водоснабжения, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностях, в любых энергетических установках, для защиты микроэлектроники и современной военной техники, их вводят в топлива, масла, смазки, строительные материалы. В настоящее время в республику импортируются ингибиторы российского и германского производств и потребность в них огромна, особенно в химической, электрохимической, нефте-химической, газовой промышленностях, в сетях водоснабжения и циркулирующих водах.
Современная классификация ингибиторов включает окислители, ингибиторы адсорбционного, комплексообразующего и полимерного типа. Такое разделение свидетельствует о разнообразии механизмов действия ингибиторов и возможности использования достижений различных областей химии для защиты металлов от коррозии. Особое значение имеют ингибиторы коррозии, используемые в водных средах.
Степень изученности проблемы. В связи с ужесточением требований к охране окружающей среды количественными методами прогнозирования показана ограниченная эффективность защиты металлов индивидуальными химическими соединениями, что резким образом ограничивает круг ранее известных ингибиторов. Поэтому все более актуальной становится разработка экологически безопасных, малотоксичных, многокомпонентных ингибиторов. Перспективными ингибиторами такого рода являются смеси, содержащие в своем составе соединения, способные образовывать самоорганизующиеся поверхностные слои. К настоящему времени такое модифицирование поверхности металлов является мало изученной областью. Хотя в последние годы появились публикации о свойствах полимерных ингибиторов, данное направление также находится в зачаточном состоянии.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР по программе 5Ф.2.6 1 за 2000-2002 годы по теме: "Электрохимические и защитные свойства новых ингибиторов и антикоррозионных покрытий" и гранту ОТ-Ф.3-151 по теме: "Полимеры как носители биологически активных соединений и ингибиторы" на 2007-2011 годы.
Цель исследования. Создание многокомпонентных ингибиторов полимерного типа, являющихся новым классом соединений эффективной ингибиторной защиты металлов от коррозии и исследование механизма ингибирования коррозии стали.
Задачи исследования:
исследование эффективности двухкомпонентных ингибиторов коррозии стали на основе различных фосфорсодержащих соединений и полиэлектролитов электрохимическими методами и определение степени защиты и коэффициента торможения в присутствии различных солей в зависимости от рН среды, температуры, состава и концентрации ингибитора;
исследование эффективности ингибиторов коррозии на основе фосфорсодержащих соединений и полиэлектролитов гравиметрически и определение скорости коррозии, коэффициента торможения и степени защиты в зависимости от рН растворов в условиях, имитирующих производственные;
количественная оценка эффективности смесевых ингибиторов по коэффициентам взаимного влияния компонентов;
определение степени заполнения поверхности электрода, скорости растворения и константы адсорбционного равновесия по изотерме Ленгмюра методом поляризационных кривых;
проведение лабораторных испытаний разработанных ингибиторов в условиях, приближенных к производственным.
Объект и предмет исследования. Двухкомпонентные ингибиторы полимерного типа на основе фосфорсодержащих соединений и полиэлектролитов, установление механизма ингибирования и выявление общих закономерностей, присущих такого рода ингибиторам.
Методы исследований: методы поляризационных кривых, поляризационного сопротивления, хронопотенциометрии и гравиметрии.
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты электрохимических и гравиметрических исследований эффективности двухкомпонентных ингибиторов на основе различных полифосфатов и полиэлектролитов;
установленные зависимости эффективности ингибиторов от их состава и концентрации, рН среды, температуры;
механизм ингибирования коррозии стали разработанными ингибиторами полимерного типа;
результаты определения коэффициента взаимного влияния компонентов в смесевых ингибиторах полимерного типа, степени заполнения поверхности электрода и константы адсорбционного равновесия;
результаты лабораторных испытаний разработанных ингибиторов в условиях, приближенных к производственным.
Научная новизна. Созданы эффективные, экологически безопасные и экономически целесообразные ингибиторы коррозии стали на основе местного сырья, а также отходов и побочных продуктов химического и горно-металлургического производств. Полученные данные являются определенным вкладом в формирование нового научного направления эффективной ингибиторной защиты металлов, основанной на способности образования самоорганизующихся поверхностных слоев. К настоящему времени такое модифицирование поверхности металлов является мало изученной областью.
Предложен механизм защитного действия ингибиторов полимерного типа. Определены значения тока и скорости коррозии, степени защиты, коэффициента торможения в зависимости от рН среды, температуры, состава и концентрации ингибиторов и найдены оптимальные условия, обеспечивающие максимальную защиту. Установлена степень заполнения поверхности электрода, скорость растворения и определены константы адсорбционного равновесия и коэффициенты взаимного влияния компонентов в смесевых ингибиторах методом поляризационных кривых.
Научная и практическая значимость результатов исследования. Результаты исследований расширяют фундаментальные представления о механизме защитного действия ингибиторов полимерного типа и способствуют формированию нового направления эффективной ингибиторной защиты металлов.
Разработанные ингибиторы благодаря их низкой токсичности и высокой эффективности имеют хорошие перспективы применения в системах водоснабжения, циркулирующих оборотных водах, а также нефтедобывающей, нефтехимической и газохимической промышленностях.
Реализация результатов. Проведенные лабораторные испытания на Шуртанском газо-химическом комплексе двухкомпонентных ингибиторов на полимерной основе показали их высокую эффективность в нейтральной и слабощелочной средах. Теоретические предпосылки и предлагаемые механизмы, на основе которых разработаны двухкомпонентные ингибиторы полимерного типа, а также методики определения их эффективности внедрены в учебный процесс. По результатам проведенных исследований опубликовано методическое пособие для магистрантов, специализирующихся в области физической химии.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы достаточно полно изложены в материалах республиканских научно-технических и научно-практических конференций: "Юқори молекулали бирикмалар кимёси ва физикаси" (Тошкент, 2002), "Ўзбекистон минерал хомашёларини кимёвий қайта ишлашнинг долзарб муаммолари" (Тошкент, 2003), на ежегодных традиционных конференциях профессорско-преподавательского состава химического факультета НУУз им. Мирзо Улугбека (Ташкент, 2004-2007 гг.), "Новые технологии получения композиционных материалов на основе местного сырья и их применение в производстве" (Ташкент, 2005), "Аналитик кимё фанининг долзарб муаммолари" (Термиз, 2005), "Кимёнинг долзарб муаммолари ва ўқитиш услубиёти" (Гулистан, 2005), "Современные технологии переработки местного сырья и продуктов" (Ташкент, 2005), "Аналитик кимё ва экологиянинг долзарб муаммолари" (Самарқанд, 2006), "Хоразм Маъмун академиясининг 1000 йиллигига бағишланган ёш олимларнинг ҳалқаро илмий конференцияси" (Хива, 2006), "Илм-заковатимиз сенга, она ватан" (Фарғона, 2006), "Биология ва кимёнинг долзарб муаммолари" (Тошкент, 2008), "Аналитик кимёнинг ҳозирги замон ҳолати ва ривожланиш истиқболлари" (Тошкент, 2008) и материалах международных научных и научно-технических конференций: "Высокие технологии и перспективы интеграции образования, науки и производства" (Ташкент, 2006), "Актуальные проблемы химии и физики полимеров" (Ташкент, 2006), "Получение нанокомпозитов, их структура и свойства" (Ташкент, 2007), "Химическая технология ХТ07" (Москва, 2007).
Опубликованность результатов. Основные материалы диссертационной работы отражены в 23 печатных работах, в том числе, в 5 научных статьях, 18 тезисах докладов в сборниках международных и республиканских научных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения, выводов, списка цитированной литературы состоящей из 98 ссылок. Работа изложена на 118 страницах компьютерного текста, включая список литературы, 23 таблицы и 29 рисунков. Акты внедрений и испытаний приведены в приложении.
Основное содержание диссертации
Во введении обоснована актуальность диссертационной темы, формулируются цель и основные положения, выносимые на защиту, обсуждаются научная новизна, практическая ценность полученных результатов.
В первой главе представлен обзор литературы, состоящий из шести разделов, в которых рассмотрены современное состояние и тенденции развития противокоррозионной защиты коммунальных и охлаждающих систем оборотного водоснабжения. На основе данных научно-технической и патентной информации проанализировано существующее состояние в области разработки и применения ингибиторов полимерного типа. Показан принцип распределения нефтепродуктов и содержащихся в них агрессивных компонентов по фракциям, виды и зоны коррозионных разрушений. Анализ литературных данных позволил обосновать цель, задачи и выбор объектов исследования настоящей работы.
Во второй главе описаны используемые вещества, изготовление и подготовка электродов к работе, методики экспериментов.
В третьей главе приведены экспериментальные результаты и их обсуждение.