Indagini sull'adsorbimento, termodinamica e chimica quantistica di un liquido ionico che inibisce la corrosione dell'acciaio al carbonio in soluzioni di cloruro

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12536 (2022) Citare questo articolo

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Lo scopo di questo lavoro risiede nell'uso di liquidi ionici come inibitori della corrosione a causa della difficoltà in alcuni giacimenti petroliferi con la solubilità degli inibitori della corrosione e questi materiali possono essere miscibili con acqua e quindi fornire una soluzione a tali problemi nel settore. Il secondo obiettivo riguarda la minore tossicità di questi composti rispetto ai più comuni inibitori della corrosione. Lo studio ha riguardato le prestazioni di inibizione della corrosione del trifluorometil solfonato di 1-butil-3-metilimidazolio liquido ionico ([BMIm]TfO) per l'acciaio al carbonio in soluzioni di NaCl al 3,5%. Lo studio comprendeva indagini elettrochimiche, di adsorbimento e di chimica quantistica. I risultati hanno dimostrato che [BMIm]TfO può essere considerato un promettente inibitore della corrosione e l'efficacia dell'inibizione si intensifica all'aumentare della concentrazione. L'effetto inibitore osservato può essere correlato all'adsorbimento delle specie liquide ioniche e alla creazione di film protettivi sulla superficie. La modalità di adsorbimento segue l'isoterma di adsorbimento di Langmuir. I risultati della polarizzazione hanno mostrato che il liquido ionico [BMIm]TfO funziona come un inibitore misto. La dipendenza dell'influenza della corrosione sulla temperatura in presenza e in assenza di [BMIm]TfO è stata dimostrata nell'intervallo di temperature di 303–333 K utilizzando i dati di polarizzazione. I parametri di attivazione sono stati determinati e discussi. Le prestazioni di inibizione osservate di [BMIm]TfO sono state correlate con le proprietà elettroniche del liquido ionico utilizzando uno studio chimico quantistico.

La corrosione è un problema serio ed estremamente costoso soprattutto nelle attività di produzione petrolchimica e petrolifera1,2. Oltre all'elevato potenziale di impiego di componenti resistenti alla corrosione più avanzati, le casse in acciaio al carbonio sono il principale materiale utilizzato per la costruzione dell'enorme oleodotto nelle diverse fasi di lavorazione del petrolio greggio come estrazione, trasmissione e stoccaggio. I tubi in acciaio al carbonio sono stati ampiamente utilizzati in trasporto di gas e liquidi3,4. Uno degli ambienti più aggressivi nei processi di produzione e raffinazione del petrolio è l'ambiente salino che contiene diverse quantità di sali disciolti, in particolare cloruro di sodio5,6. La pellicola protettiva di ossido creata sulla superficie può deteriorarsi in presenza di ioni cloruro a causa di un ambiente aggressivo7,8.

È possibile applicare diversi regimi di mitigazione della corrosione per ridurre gli impatti dannosi della corrosione. Tra le tecniche convenzionali di mitigazione della corrosione, l'utilizzo di inibitori eco-compatibili presenta vantaggi quali, ad esempio, elevata fattibilità, alta efficienza e minimizzazione dei rischi ambientali9. In tempi recenti, i liquidi ionici si sono rivelati inibitori efficaci ed ecologici per la corrosione di diversi tipi di metalli e leghe in ambienti corrosivi come soluzioni basiche, acide o saline10,11. A causa della loro struttura voluminosa e della presenza di eteroatomi, i liquidi ionici sono considerati potenziali inibitori della corrosione12.

I liquidi ionici, in generale, hanno una promettente tendenza all'inibizione della corrosione grazie alla loro capacità di contatto adsorbente con la superficie, che forma strati protettivi contro i mezzi corrosivi. In generale, la maggior parte dei liquidi ionici presenta questa tendenza. I tipi di cationi e anioni presenti nei liquidi ionici hanno un impatto diretto sui livelli di efficienza di adsorbimento e inibizione che possono essere raggiunti con tali liquidi. In uno studio recente, abbiamo dimostrato che il liquido ionico 1-butil-1-metilpirrolidinio trifluorometilsolfonato ([BMP]TfO) può fungere da inibitore bifunzionale sia per la corrosione dell'acciaio al carbonio in soluzioni di cloruro che per la crescita di batteri. [BMP]TfO inibisce entrambi i tipi di corrosione13. È stato inoltre dimostrato che i liquidi ionici 1-(2-idrossietil)-3-metilimidazolinio cloruro e 1-etil-3-metileimidazolinio cloruro sono efficaci inibitori della corrosione e biocidi. Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Ionic Liquids14. È stato dimostrato che l'integrazione del gruppo ossidrile nel catione imidazolio aumenta l'impatto dell'inibizione della corrosione15. In questo articolo sono state dimostrate le prestazioni di inibizione della corrosione del liquido ionico [BMIm]TfOper acciaio al carbonio in soluzioni di NaCl al 3,5%. Lo studio comprendeva indagini elettrochimiche, di adsorbimento e di chimica quantistica.