مطالعه تجربی و نظری اثر بازدارندگی مایع یونی ایمیدازولیومی بر خوردگی فولاد زنگ نزن- 316 با استفاده از آزمون‌های الکتروشیمیایی و نظریه های کوانتومی

محورهای موضوعی : خوردگی و حفاظت مواد

رضا صفری ¹ , علی احسانی ² , حمیدرضا ابراهیمی ³

1 - دانشگاه قم
2 - دانشگاه قم
3 - دانشگاه آزاد مجلسی

تاریخ دریافت : 1396/02/08 تاریخ پذیرش : 1397/03/28 تاریخ انتشار : 1397/03/01

کلید واژه: "بازدارنده خوردگی", "جذب سطحی, " فولاد زنگ نزن, " امپدانس", "نظریه اتم- در- مولکول",

چکیده مقاله :

در این پژوهش، اثر بازدارندگی ترکیب مایع یونی- ایمیدازولی در خوردگی فولاد زنگ نزن 316 (درمحلول اسیدی HCl) به کمک آزمون‌های الکتروشیمیایی، مانند منحنی های پلاریزاسیون و اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی، مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، بررسی ها نشان داد که جذب این بازدارنده بر سطح فولاد از مدل همدمای لانگمویر پیروی نمود و مقدار انرژی آزاد گیبس جذب سطحی این بازدارنده برابر 57/8-کیلو ژول بر مول است. سپس، با استفاده از نظریه تابعیت چگالی (DFT) و نظریه کوانتومی اتم-در-مولکول، AIM، جهت مطالعه ساختار آلی-الکترونی و سازوکار انتقال محلی بار و انرژی در یک سامانه مولکولی ایمیدازولی در مقیاس اتمی استفاده شد. در این راستا، خواص الکترونی بسترهای اتمی (مانند چگالی الکترونی و لاپلاسی آن) و همچنین گاف میان اربیتال‌های مرزی (HLG) این سامانه آلی-مولکولی بررسی و محاسبه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که این مایع یونی پیشنهادی می تواند به عنوان یک مهارکننده سبز مورد استفاده قرار گیرد که از لحاظ اقتصادی سنتز آزمایشگاهی آن نیز مقرون به صرفه هست. مطالعات کوانتومی نیز نشان داد که اتمهای نیتروژن این بازدارنده نقش بسزایی در توزیع محلی انتقال بار و انرژی درون مولکولی (و به تبع آن چگونگی رخداد سازوکارهای الکتروشیمیایی سامانه) دارند.

چکیده انگلیسی:

In this study, the impact of )1-Buthyl-3-methyl imidazoloum hexa fluorophosphatesas( a new inhibitor on the corrosion of stainless steel 316L (SS) in HCl solution was investigated by means of potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Also, the absorption of inhibitor onto the SS surface followed the Langmuir absorption model with the free energy of absorption ΔG0adsof -8.57 kJ mol-1. In addition, using density function theory (DFT) and atoms-in-molecule (AIM) theories, introduced by Richard Bader, which is a generalization of quantum theory to proper nano-size and molecular systems, the electronic organic-structure and local charge/energy transfer in the imidazole molecular system (as a organic-corrosion inhibitor element) are studied. In the same vein, the atomic electronic properties (such as electron density and its Laplacian), and the HOMO–LUMO gap (HLG) of this organic-molecular system are calculated. The results of the investigation show that proposed compound, as a commodious/economical -green inhibitor, has excellent inhibiting properties for SS corrosion in acidic solution. Furthermore, quantum mechanical results show that nitrogen atoms play domain role in intra-molecular charge and energy transfer (and thus electrochemical mechanism) in this inhibitor.

منابع و مأخذ:

 [1]    R. Solmaz, G. Kardas, B. Yazıcı & M. Erbil, Prot. Met, Vol. 41, pp. 581-585, 2005.

 

[2]    G. Kardas, Mater. Sci., Vol. 41, pp. 337-343, 2005.

 

[3]      م. فلاحی، ا. دانایی و ب. لطفی، "بررسی رفتار خوردگی پوشش اکسید سریم بر روی آلیاژ آلومینیوم -7075-T6"، فصلنامه علمی- پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد مجلسی، دوره ششم، شماره چهارم، صفحه 39، زمستان 1391.

 

[4]    Ostovari, S. M. Hoseinieh, M. Peikari, S. R. Shadizadeh & S. J. Hashemi, Corros. Sci., Vol. 51, pp. 1935-1949, 2009.

 

[5]    Corrosion Engineering, M. G. Fontana, McGraw- Hill, New York, 1989.

 

[6]      ک. طاهرخانی، خ. محمدی و ح. قلی زاده، "بررسی خواص سطحی و سایشی پوشش نیتریدی ایجاد شده بر روی فولاد ابزار گرم کار H11 در روش نیتروژن دهی پلاسمایی پالسی"، فصلنامه علمی- پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد مجلسی، دوره دهم، شماره سوم، صفحه 23، پائیز 1395.

 

[7]      ا. فتاح الحسینی و آ. ایمان طلب، "بررسی رفتار الکتروشیمیایی فولاد زنگ‌نزن 304 کم کربن در یک محلول قلیاییبا روش موت-شاتکی و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی"، فصلنامه علمی- پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد مجلسی، دوره هشتم، شماره دوم، صفحه 75، تابستان 1393.

 

[8]    Ahamad & M. A. Quraishi, Corros. Sci., Vol. 51, pp. 2006-2013, 2009.

 

[9]    Q. B. Zhang & Y. X. Hua, Electrochim. Acta, Vol. 54, pp. 1881-1887, 2009.

 

[10] W. Li, Q. He, C. Pei & B. Hou, Electrochim, Acta., Vol. 52, pp. 6386-6394, 2007.

 

[11] Ehsani, M. G. Mahjani, R. Moshrefi & H. Mostaanzadeh, J. Shabani Shayeh, RSC Advanc., Vol. 4, pp. 20031-20037, 2014.

 

[12] E. Kowsari, S. Y. Arman, M. H. Shahini, H. Zandi, A. Ehsani, R. Naderi, A. PourghasemiHanza & M. Mehdipour, Corros. Sci., Vol. 112, pp. 73-85, 2016.

 

[13] Pourghasemi Hanza, R. Naderi, E. Kowsari & M. Sayebani, Corros. Sci., Vol. 107, pp. 96–106, 2016.

 

[14] M. Nuri Rahuma, F. Mahamed Al Sonosy & A. Mohamed Al Frjany, Americ. J. Appli. Chem., Vol. 2, pp. 1-5, 2014.

 

[15] S. A. Umoren & B. Obot, Surf. Rev., Lett., Vol. 15 pp. 277, 2008.

 

[16] M. A. Deyab & S. S. Abd El Rehim, Int. J. Electrochem. Sci., Vol. 8, pp. 12613–12627, 2013.

 

[17] N. A. Abdel Ghanyl, A. E. El Shenawy & W. A. M. Hussien, Mod. Applie. Sci., Vol. 5, pp. 19, 2011.

 

[18] R. R. Moreira, T. F. Soares & J. Ribeiro, Advanc. Chem. Engineer. Sci., Vol. 4, pp. 503-514, 2014.

 

[19] B. Szubzda1, A. Antończak, P. Kozioł, L. Lazarek, B. Stępak, K. Lecka, A. Szmaja & M. zimek, IOP Conf. Ser, Mater. Sci. Engineer., Vol. 113, pp. 012017-8, 2016.

 

[20] E. M. Westin, P. Laakso, J. Oliver1 & R. Penttila, Presented at ICALEO, 2009.

 

[21] Ehsani, M. G. Mahjani, M. Jafarian & A. Naeemy, Electrochim. Acta, Vol. 71, pp. 128-133, 2012.

 

[22] Ehsani, M. G. Mahjani, M. Jafarian & A. Naeemy, Prog. Org. Coat., Vol. 69, pp. 510-516, 2010.

 

[23] M. G. Mahjani, R. Moshrefi, A. Ehsani & M. Jafarian, Anti corrosion method and material, Vol. 58, pp. 250-257, 2011.

 

[24] Ehsani, M. G. Mahjani, M. Hosseini, R. Safari, R. Moshrefi & H. M. Shiri, J. Colloid, Interfa. Sci., Vol. 490, pp. 444-451, 2017.

 

[25] Chemistry of Heterocyclic Compounds: Imidazole and Its Derivatives (A Series of Monographs), C. Hofmann, Wiley, U.K, 2008.

 

[26] Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, A. J. Bard, L. R. Faulkner, Wiley, New York, 2001.

 

[27] Physical Chemistry, I. N. Levine, McGraw-Hill, New York, 2000.

 

[28] Atoms in Molecules, Popelier, P., Pearson Education, U.K., 2000.

 

[29] The Quantum Theory of Atoms in Molecules, C. F. Matta, R. J. Boyd, Wiley-VCH, Weinheim, 2007.

 

[30] Atoms in Molecules, R. F. W. Bader, Oxford University, U.K., 1995.

 

[31] Quantum Biochemistry, C. F. Matta, R. J. Boyd, Wiley-VCH, Weinheim, 2010.

 

[32] H. Sabzyan & R. Safari, Europhys. Lett., Vol. 99, pp. 67005-9, 2012.

 

[33] Popova, M. Christov & A. Zwetanova, Corros. Sci., Vol. 49, pp. 2131–2143, 2007.

 

[34] S. A. M. Refaey, F. Taha & A. M. Abd El Malak, Int. J. Electrochem. Sci., Vol. 1, pp. 80-91, 2006.

 

[35] M. Nuri Rahuma, F. M. Al Sonosy & A. M. Al Frjany, Americ. J. Appl. Chem., Vol. 2, pp. 1-5, 2014.

 

[36] P. Selvakumar, B. Balanaga Karthik & C. Thangavelu, Res. J. Chem. Scien., Vol. 3, pp. 87-95, 2013.

 

[37] R. R. Moreira, T. F. Soares & J. Ribeiro, Advanc. Chem. Engin. Sci., Vol. 4, pp. 503-514, 2014.

 

[38] E. Barmatov & T. L. Hughes, Corrs. Sci., Vol. 123, pp. 170, 2017.

 

[39] M. Szala, K. Beer Lech & M. Walczak, Engineer. Failure, Analy., Vol. 77, pp. 31-33, 2017.

 

[40] J. H. oon Ha, J. H. Cho, J. H. Kim, B. W. Cho & S. H. Oh, J. Power Sourc., Vol. 355, pp. 90-97, 2017.

 

[41] N. Solomon & I. Solomon, Engineer. Failure Analy., Vol. 79, pp. 865-875, 2017.

 

[42] Y. C. Wang, T. C. Lee, J. Y. Lin, J. K. Chang & C. M. Tseng, Corros. Sci., Vol. 78, pp. 81–88, 2014.

 

[43] X. Zheng, S. H. Zhang, W. Li, M. Gong & L. Yin, Corros. Sci., Vol. 95, pp. 168–179, 2015.

 

[44] S. M. Hosseinalipoura, A. Ershad-langroudi, A. Nemati Hayatia & A. M. Nabizade Haghighi, Pro. Org. Coat., Vol. 67, pp. 371-374, 2010.

 

[45] N. S. Patel, S. Jauhari & G. N. Mehta, Acta, Chim. Slov., Vol. 57, pp. 297-304, 2010.

 

[46] Y. Li, R. G, Hu, J. R., Wang, Y. X. Huang & C. J. Lin, Electrochimica, Acta, Vol. 54, pp. 7134-7140, 2009.