بررسی تاثیر عصاره گال درخت بید به عنوان بازدارنده سبز خوردگی فولاد st37 در محیط هیدروکلریک اسید 1 مولار
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینعرفان مهدیپور رابری 1 * , سید مهدی کارآموز 2
1 - کارشناسی ارشد مهندسی مواد و متالورژی، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، دانشکده فنی مهندسی، کرمان، ایران
2 - کارشناسی ارشد مهندسی مواد و متالورژی، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، دانشکده فنی مهندسی، کرمان، ایران
کلید واژه: ممانعت‌کننده سبز, ضد خوردگی, هیدروکلریک اسید, فولاد St37,
چکیده مقاله :
مقدمه: با پیشرفت صنایع و استفاده گسترده از فولاد St37، حفاظت از آن در برابر خوردگی به‌ویژه در محیط‌های اسیدی مانند HCl اهمیت ویژه‌ای دارد. بازدارنده‌های سنتی مانند کرومات‌ها به دلیل اثرات زیست‌محیطی محدود شده‌اند و بازدارنده‌های سبز نظیر عصاره گیاهان جایگزین شده‌اند. این عصاره‌ها با تشکیل فیلم محافظ بر سطح فلز، خوردگی را کاهش می‌دهند. در این پژوهش، اثر بازدارندگی عصاره گال درخت بید برای خوردگی فولاد St37 در محیط HCl با غلظت 1 مولار بررسی شده است.
روش: عصاره گال پس از جمع‌آوری، خشک و آسیاب شده و با اتانول استخراج شد. غلظت‌های مختلفی از عصاره به محیط خورنده افزوده شد و آزمون‌های الکتروشیمیایی شامل پلاریزاسیون (PDP) و امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) انجام گرفت. کاهش وزن نمونه‌ها نیز در زمان‌های مختلف بررسی شد. به‌منظور شناسایی پیوندهای موجود در عصاره از آنالیز FTIR استفاده شد. همچنین، سطوح نمونه‌های غوطه‌ور در محلول با میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. نتایج نشان داد که عصاره گال، با تشکیل یک فیلم محافظ، نقش موثری در کاهش سرعت خوردگی و حفاظت از فولاد ایفا می‌کند.
یافته ها: آزمایش FTIR نشان داد که عصاره گال درخت بید شامل گروه‌های -OH، C-H، N-H و ترکیبات آروماتیک و آلیفاتیک است که نقش مهمی در بازدارندگی خوردگی دارند. در آزمون EIS، منحنی‌های Nyquist و Bode نشان دادند که با افزایش غلظت عصاره، فیلم محافظ قوی‌تری روی سطح فولاد تشکیل شده، که مقاومت انتقال بار را افزایش و نرخ خوردگی را کاهش داده است. آزمون پلاریزاسیون نیز نشان داد که عصاره، نرخ واکنش‌های آندی و کاتدی را کاهش می‌دهد و بازده بازدارندگی در غلظت ppm 1200 به 95.8% رسید. آزمون کاهش وزن نیز کاهش چشمگیر نرخ خوردگی را تأیید کرد. تحلیل ایزوترم جذب نشان داد که جذب عصاره بر سطح الکترود از مدل لانگمویر پیروی می‌کند. تصاویر SEM تأیید کردند که عصاره با تشکیل فیلم محافظ، سطح الکترود را در برابر یون‌های مهاجم محافظت می‌کند.
نتیجه گیری: عصاره گال درخت بید بازدارنده مختلط مؤثری برای خوردگی فولاد St37 در HCl 1M است. داده‌های الکتروشیمیایی، کاهش وزن و میکروسکوپ الکترونی تأیید کردند که در 1200 ppm بازده بازدارندگی به 95% می‌رسد. جذب فیزیکی عصاره مطابق ایزوترم لانگمویر بوده و بر واکنش‌های آندی و کاتدی تأثیر می‌گذارد.
Introduction: With the advancement of industries and the widespread use of St37 steel, its protection against corrosion, especially in acidic environments such as HCl, has gained significant importance. Traditional inhibitors like chromates have been restricted due to their environmental impacts, leading to the substitution of green inhibitors such as plant extracts. These extracts reduce corrosion by forming a protective film on the metal surface. In this study, the inhibitory effect of willow tree gall extract on the corrosion of St37 steel in 1 molar HCl solution was investigated.
Methods: The gall extract was collected, dried, ground, and extracted using ethanol. Different concentrations of the extract were added to the corrosive medium, and electrochemical tests including Potentiodynamic Polarization (PDP) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were conducted. The weight loss of the samples was also examined at various intervals. FTIR analysis was used to identify the bonds present in the extract. Additionally, the surfaces of the samples immersed in the solution were studied using Scanning Electron Microscopy (SEM). Results demonstrated that the gall extract, by forming a protective film, effectively reduced the corrosion rate and protected the steel.
Findings: FTIR analysis identified functional groups (-OH, C-H, N-H, aromatic, and aliphatic compounds) in the willow gall extract that contribute to corrosion inhibition. EIS results showed stronger protective films and increased charge transfer resistance with higher extract concentrations, reducing corrosion rates. Polarization tests demonstrated a 95.8% inhibition efficiency at 1200 ppm. Weight loss tests confirmed reduced corrosion rates, and adsorption studies indicated Langmuir isotherm behavior. SEM images validated the formation of a protective film shielding the steel surface from aggressive ions.
1. Du YT, Wang HL, Chen YR, Qi HP, Jiang WF. Synthesis of baicalin derivatives as eco-friendly green corrosion inhibitors for aluminum in hydrochloric acid solution. J Environ Chem Eng [Internet]. 2017;5(6):5891–901. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213343717305626
2. Qiang Y, Zhang S, Tan B, Chen S. Evaluation of Ginkgo leaf extract as an eco-friendly corrosion inhibitor of X70 steel in HCl solution. Corros Sci [Internet]. 2018;133:6–16. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X17317663
3. Kowsari E, Arman SY, Shahini MH, Zandi H, Ehsani A, Naderi R, et al. In situ synthesis, electrochemical and quantum chemical analysis of an amino acid-derived ionic liquid inhibitor for corrosion protection of mild steel in 1M HCl solution. Corros Sci [Internet]. 2016;112:73–85. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X16303456
4. El-Etre AY, Abdallah M, El-Tantawy ZE. Corrosion inhibition of some metals using lawsonia extract. Corros Sci [Internet]. 2005;47(2):385–95. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X04001957
5. Mehdipour M, Ramezanzadeh B, Arman SY. Electrochemical noise investigation of Aloe plant extract as green inhibitor on the corrosion of stainless steel in 1M H2SO4. J Ind Eng Chem [Internet]. 2015;21:318–27. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1226086X14001282
6. Deyab MA. Egyptian licorice extract as a green corrosion inhibitor for copper in hydrochloric acid solution. J Ind Eng Chem [Internet]. 2015;22:384–9. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1226086X14003803
7. Nwankwo MO, Offor PO, Neife SI, Oshionwu LC, Idenyi NE. Amaranthus cordatus as a green corrosion inhibitor for mild steel in H 2 SO 4 and NaCl. J Miner Mater Charact Eng. 2014;2014.
8. Hu K, Zhuang J, Ding J, Ma Z, Wang F, Zeng X. Influence of biomacromolecule DNA corrosion inhibitor on carbon steel. Corros Sci [Internet]. 2017;125:68–76. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X17302871
9. Mahross MH, Naggar AH, Elnasr TAS, Abdel-Hakim M. Effect of rice straw extract as an environmental waste corrosion inhibitor on mild steel in an acidic media. Chem Adv Mater. 2016;1(1).
10. Umoren SA, Eduok UM, Solomon MM, Udoh AP. Corrosion inhibition by leaves and stem extracts of Sida acuta for mild steel in 1M H2SO4 solutions investigated by chemical and spectroscopic techniques. Arab J Chem [Internet]. 2016;9:S209–24. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187853521100092X
11. Pradityana A, Sulistijono, Shahab A, Chyntara S. Eco-friendly green inhibitor of mild steel in 3, 5\% NaCl solution by Sarang Semut (Myrmecodia Pendans) extract. In: AIP Conference Proceedings. 2014. p. 161–4.
12. Sastri VS. Green corrosion inhibitors: theory and practice. John Wiley \& Sons; 2012.
13. Cornell RM, Schwertmann U, others. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences, and uses. Vol. 664. Wiley-vch Weinheim; 2003.
14. Prusty K, Barik S, Swain SK. Chapter 13 - A Corelation Between the Graphene Surface Area, Functional Groups, Defects, and Porosity on the Performance of the Nanocomposites. In: Jawaid M, Bouhfid R, el Kacem Qaiss A, editors. Functionalized Graphene Nanocomposites and their Derivatives [Internet]. Elsevier; 2019. p. 265–83. (Micro and Nano Technologies). Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128145487000131
15. Nandiyanto ABD, Oktiani R, Ragadhita R. How to read and interpret FTIR spectroscope of organic material. Indones J Sci Technol. 2019;4(1):97–118.
16. EW BP, Guliet D, Queiroz E F, Wolfender JL, Cholies Z N, Hostettmann K, et al. ISOLATION OF MALE ANTIFERTILITY COMPOUND IN N-BUTANOL FRACTION OF JUSTICIA GENDARUSSA BURM. F. LEAVES. Folia Medica Indones. 2009;45(1).
17. Qiang Y, Guo L, Zhang S, Li W, Yu S, Tan J. Synergistic effect of tartaric acid with 2, 6-diaminopyridine on the corrosion inhibition of mild steel in 0.5 M HCl. Sci Rep. 2016;6(1):33305.
18. Tao Z, He W, Wang S, Zhou G. Electrochemical study of cyproconazole as a novel corrosion inhibitor for copper in acidic solution. Ind \& Eng Chem Res. 2013;52(50):17891–9.
19. López DA, Simison SN, de Sánchez SR. Inhibitors performance in CO2 corrosion: EIS studies on the interaction between their molecular structure and steel microstructure. Corros Sci [Internet]. 2005;47(3):735–55. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X04001787
20. Shahrabi T, Tavakholi H, Hosseini MG. Corrosion inhibition of copper in sulphuric acid by some nitrogen heterocyclic compounds. Anti-Corrosion Methods Mater. 2007;54(5):308–13.
21. Tavakoli H, Shahrabi T, Hosseini MG. Synergistic effect on corrosion inhibition of copper by sodium dodecylbenzenesulphonate (SDBS) and 2-mercaptobenzoxazole. Mater Chem Phys [Internet]. 2008;109(2):281–6. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0254058407006992
22. Qiang Y, Zhang S, Xu S, Li W. Experimental and theoretical studies on the corrosion inhibition of copper by two indazole derivatives in 3.0% NaCl solution. J Colloid Interface Sci [Internet]. 2016;472:52–9. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979716301655
23. Ferdosi Heragh M, Tavakoli H. Electrochemical Properties of a New Green Corrosion Inhibitor Derived from Prosopis farcta for St37 Steel in 1 M Hydrochloric Acid. Met Mater Int [Internet]. 2020;26(11):1654–63. Available from: https://doi.org/10.1007/s12540-019-00453-6
24. Heragh MF, Tavakoli H. Synergetic effect of the combination of Prosopis Farcta extract with sodium dodecyl sulfate on corrosion inhibition of St37 steel in 1M HCl medium. J Mol Struct [Internet]. 2021;1245:131086. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022286021012175
25. Fontana MJ. Corrosion engineering. 2nd ed, Mac-Hill. 1987.
26. Satapathy AK, Gunasekaran G, Sahoo SC, Amit K, Rodrigues P V. Corrosion inhibition by Justicia gendarussa plant extract in hydrochloric acid solution. Corros Sci [Internet]. 2009;51(12):2848–56. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X09003679
27. Abd El-Lateef HM, Abo-Riya MA, Tantawy AH. Empirical and quantum chemical studies on the corrosion inhibition performance of some novel synthesized cationic gemini surfactants on carbon steel pipelines in acid pickling processes. Corros Sci [Internet]. 2016;108:94–110. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X16301044
28. Haque J, Ansari KR, Srivastava V, Quraishi MA, Obot IB. Pyrimidine derivatives as novel acidizing corrosion inhibitors for N80 steel useful for petroleum industry: A combined experimental and theoretical approach. J Ind Eng Chem [Internet]. 2017;49:176–88. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1226086X17300412
29. Srivastava V, Haque J, Verma C, Singh P, Lgaz H, Salghi R, et al. Amino acid based imidazolium zwitterions as novel and green corrosion inhibitors for mild steel: Experimental, DFT and MD studies. J Mol Liq [Internet]. 2017;244:340–52. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167732217312278
30. Abdallah M. Rhodanine azosulpha drugs as corrosion inhibitors for corrosion of 304 stainless steel in hydrochloric acid solution. Corros Sci [Internet]. 2002;44(4):717–28. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X01001007
31. Kumar RS, Chandrasekaran V. Sargassum wightii extract as a green inhibitor for corrosion of brass in 0.1 N phosphoric acid solution. Orient J Chem. 2015;31(2):939–49.
32. Qu Q, Li L, Bai W, Jiang S, Ding Z. Sodium tungstate as a corrosion inhibitor of cold rolled steel in peracetic acid solution. Corros Sci [Internet]. 2009;51(10):2423–8. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X09002923
33. Qiang Y, Zhang S, Xu S, Yin L. The effect of 5-nitroindazole as an inhibitor for the corrosion of copper in a 3.0\% NaCl solution. Rsc Adv. 2015;5(78):63866–73.
34. Bard A and LF. Electrochemical Methods. 1980.
35. Tang L, Mu G, Liu G. The effect of neutral red on the corrosion inhibition of cold rolled steel in 1.0 M hydrochloric acid. Corros Sci [Internet]. 2003;45(10):2251–62. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X03000465
36. Sığırcık G, Tüken T, Erbil M. Assessment of the inhibition efficiency of 3,4-diaminobenzonitrile against the corrosion of steel. Corros Sci [Internet]. 2016;102:437–45. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X15301359