Разработка ингибирующих составов для защиты металлических изделий от коррозии
|
Аннотация 2
Введение 4
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ 9
1.1 Общие сведения о коррозии 9
1.2 Ингибиторы коррозии (ИК) 16
1.2.1 Механизм ингибитора 20
1.3 Экологически безопасные ингибиторы коррозии 23
1.3.1 Оценка токсичности ИК 23
1.3.2 Натуральные продукты в качестве экологически безопасных ингибиторы коррозии 25
1.4 Растительные экстракты как ингибиторы коррозии 28
1.4.1 Методы экстракции, используемые для получения растительных экстрактов 32
1.4.2 Ингибиторы коррозии растительных экстрактов, полученных из органических растворителей 34
1.5 Смолы как ингибиторы коррозии 36
1.6 Натуральные масла как ингибиторы коррозии 37
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39
2.1 Подготовка материалов 39
2.2 Расчетная часть 43
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 57
Введение 4
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ 9
1.1 Общие сведения о коррозии 9
1.2 Ингибиторы коррозии (ИК) 16
1.2.1 Механизм ингибитора 20
1.3 Экологически безопасные ингибиторы коррозии 23
1.3.1 Оценка токсичности ИК 23
1.3.2 Натуральные продукты в качестве экологически безопасных ингибиторы коррозии 25
1.4 Растительные экстракты как ингибиторы коррозии 28
1.4.1 Методы экстракции, используемые для получения растительных экстрактов 32
1.4.2 Ингибиторы коррозии растительных экстрактов, полученных из органических растворителей 34
1.5 Смолы как ингибиторы коррозии 36
1.6 Натуральные масла как ингибиторы коррозии 37
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39
2.1 Подготовка материалов 39
2.2 Расчетная часть 43
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 57
Одной из актуальных научно-технических задач является исследование процессов коррозии и разработка комплекса мероприятий по защите металлических изделий и конструкций. Затраты и невосполнимость природных ресурсов подчеркивают необходимость научных исследований в этой области.
В большинстве отраслей промышленности, чьи объекты состоят из металлических конструкций, неизменно присутствует проблема коррозии. Эта проблема порождает очень важные материальные и экономические потери из-за частичной или полной замены оборудования и сооружений, а также ремонтных работ.
Атмосферная коррозия наносит заметный ущерб промышленному оборудованию, машинам, зданиям, сооружениям и коммуникациям. Экономические затраты определяются не только прямыми потерями, связанными со стоимостью прокорродировавшего металла, но и косвенными (стоимостью ремонтных работ, убытками за счет временного прекращения функционирования инженерных систем, затратами на предотвращение аварий), превышающими прямые в 2-4 раза. Потери материалов и коррозионные последствия настолько высоки, что в некоторых странах, таких как США и Англии, эти факторы оцениваются от 3 до 4% ВВП [1]. По данным зарубежных источников, общие годовые расходы на борьбу с последствиями коррозии составляют до 3-5 % валового национального продукта [2-5].
В Российской Федерации, по данным О.И. Стеклова [6, 7], «только прямые потери от коррозии составляют до 12 % национального дохода и до 12 % общей массы металлофонда, что соответствует утрате по меньшей мере до 30 % ежегодно производимого металла. Наибольшие потери от коррозии несут: топливно-энергетический комплекс (29 %), сельское хозяйство (20 %), химия и нефтехимия (15 %), металлообработка (5 %)1».
В настоящее время отрасли испытывают недостаток антикоррозионных составов. В условиях атмосферной коррозии давно широко и достаточно успешно пользуются популярностью консервационные материалы на масляной основе. Эффективность таких материалов во многом зависит от условий торможения электродных процессов и массопереноса ингибитора сквозь масло к поверхности электрода, поэтому изучение этого вопроса является чрезвычайно важным.
Коррозия не только имеет экономические последствия, но и социальные, они затрагивают безопасность и здоровье людей, работающих в промышленности или живущих в близлежащих городах.
Использование ингибиторов коррозии (ИК) представляет собой один из наиболее экономичных способов уменьшения скорости коррозии, защиты металлических поверхностей от коррозии и сохранение промышленных объектов [1, 2].
Неорганическими ингибиторами являются те, в которых активное вещество является неорганическим соединением. Это один простейших способов повышения пассивности металла путем добавления электроположительных солей металлов к среде. Эти ионы металлов должны обладать более положительным окислительно-восстановительным потенциалом, более положительным, чем металл, составляющий защищаемую поверхность, а также более положительный потенциал, чем требуется для разрядки протона, так что электроположительный металл, подлежащий восстановлению, осаждается на поверхности.
Осажденный металл способствует катодной деполяризации путем снижения перенапряжения и формирование адгезивного осадка. Среди металлов, используемых для этой цели, являются: ртуть (Hg), палладий (Pd), иридий (Ir), платина (Pt), родий (Rh) и рений (Re).
Кроме того, существуют неорганические анионы, обеспечивающие защиту пассивации к металлическим поверхностям путем их включения в оксидный слой; наиболее широко используемые из них: хроматы (CrO42-), нитрат (NO2-), молибдаты (MoO3-), фосфаты (H2PO3-) и силикаты.
Органические ингибиторы наиболее широко используются в процессах переработки нефти, из-за их способности образовывать защитный слой на поверхности металла в средах с высоким содержанием углеводородов. В настоящее время существует ряд органических ингибиторов, относящихся к различным химическим веществам семейств, например, жирных амидов, пиридинов, имидазолинов и других 1,3-азолов, полимеров, которые показали отличную производительность как ингибиторы коррозии.
Целью добавления ингибиторов в низких концентрациях к агрессивным средам является задержка реакции между металлом и коррозионными веществами в среде. Они действуют путем адсорбции ионов или молекул на металлическую поверхность, как правило, снижая скорость коррозии, блокируя анодных и/или катодных реакций.
Несмотря на то, что многие неорганические, органические и полимерные соединения проявляли себя хорошо, как ингибиторы для различных металлов и сплавов, многие из этих соединений являются токсичными и не полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к стандартам охраны окружающей среды.
Новое поколение природоохранных норм требует замены токсичных химических веществ с так называемыми «зелеными ингибиторами».
Окончательный выбор ингибитора для конкретного применения ограничивается несколькими факторами, включая повышение экологической осведомленности и необходимость поощрения экологически чистых процессов в сочетании со спецификой действий большинства кислотных ингибиторов, которые часто требуют совместного действия соединений для достижения эффективного ингибирования коррозии. Именно по этой причине в последние годы большие усилия были предприняты исследователей в этой области для разработки новых экологически чистых ингибиторов.
С точки зрения экологической чистоты, перспективными компонентами защитных материалов могут быть некондиционные продукты растительного происхождения, одно из основных достоинств которых, помимо решения экологических проблем, заключается в относительной дешевизне и быстрой возобновляемости.
В последние два десятилетия ведутся исследования по поиску и получению так называемых «зеленых» ингибиторов: более дешевых, легко доступных и снижающих риск воздействия на окружающую среду. Источниками таких веществ могут быть нетоксичные и возобновляемые растительные отходы. В источниках описаны экстракты ряда растений, которые проявляют ингибирующие свойства к различным металлам, но механизм их действия практически не изучен [8 -10]. Создание ингибиторов на основе природных соединений является важным решением не только в области защиты металлов, но и в проблеме утилизации многотоннажных отходов сельского хозяйства.
Цель работы - выявление ингибирующих свойств составов на основе растительного сырья.
Задачи работы:
1. Изучить альтернативные экологически безопасные соединения, обладающие ингибирующим эффектом
2. Подобрать методы и методики извлечения флавоноидов из растений
3. Провести экспериментальные исследования
4. Обработать результаты эксперимента.
В большинстве отраслей промышленности, чьи объекты состоят из металлических конструкций, неизменно присутствует проблема коррозии. Эта проблема порождает очень важные материальные и экономические потери из-за частичной или полной замены оборудования и сооружений, а также ремонтных работ.
Атмосферная коррозия наносит заметный ущерб промышленному оборудованию, машинам, зданиям, сооружениям и коммуникациям. Экономические затраты определяются не только прямыми потерями, связанными со стоимостью прокорродировавшего металла, но и косвенными (стоимостью ремонтных работ, убытками за счет временного прекращения функционирования инженерных систем, затратами на предотвращение аварий), превышающими прямые в 2-4 раза. Потери материалов и коррозионные последствия настолько высоки, что в некоторых странах, таких как США и Англии, эти факторы оцениваются от 3 до 4% ВВП [1]. По данным зарубежных источников, общие годовые расходы на борьбу с последствиями коррозии составляют до 3-5 % валового национального продукта [2-5].
В Российской Федерации, по данным О.И. Стеклова [6, 7], «только прямые потери от коррозии составляют до 12 % национального дохода и до 12 % общей массы металлофонда, что соответствует утрате по меньшей мере до 30 % ежегодно производимого металла. Наибольшие потери от коррозии несут: топливно-энергетический комплекс (29 %), сельское хозяйство (20 %), химия и нефтехимия (15 %), металлообработка (5 %)1».
В настоящее время отрасли испытывают недостаток антикоррозионных составов. В условиях атмосферной коррозии давно широко и достаточно успешно пользуются популярностью консервационные материалы на масляной основе. Эффективность таких материалов во многом зависит от условий торможения электродных процессов и массопереноса ингибитора сквозь масло к поверхности электрода, поэтому изучение этого вопроса является чрезвычайно важным.
Коррозия не только имеет экономические последствия, но и социальные, они затрагивают безопасность и здоровье людей, работающих в промышленности или живущих в близлежащих городах.
Использование ингибиторов коррозии (ИК) представляет собой один из наиболее экономичных способов уменьшения скорости коррозии, защиты металлических поверхностей от коррозии и сохранение промышленных объектов [1, 2].
Неорганическими ингибиторами являются те, в которых активное вещество является неорганическим соединением. Это один простейших способов повышения пассивности металла путем добавления электроположительных солей металлов к среде. Эти ионы металлов должны обладать более положительным окислительно-восстановительным потенциалом, более положительным, чем металл, составляющий защищаемую поверхность, а также более положительный потенциал, чем требуется для разрядки протона, так что электроположительный металл, подлежащий восстановлению, осаждается на поверхности.
Осажденный металл способствует катодной деполяризации путем снижения перенапряжения и формирование адгезивного осадка. Среди металлов, используемых для этой цели, являются: ртуть (Hg), палладий (Pd), иридий (Ir), платина (Pt), родий (Rh) и рений (Re).
Кроме того, существуют неорганические анионы, обеспечивающие защиту пассивации к металлическим поверхностям путем их включения в оксидный слой; наиболее широко используемые из них: хроматы (CrO42-), нитрат (NO2-), молибдаты (MoO3-), фосфаты (H2PO3-) и силикаты.
Органические ингибиторы наиболее широко используются в процессах переработки нефти, из-за их способности образовывать защитный слой на поверхности металла в средах с высоким содержанием углеводородов. В настоящее время существует ряд органических ингибиторов, относящихся к различным химическим веществам семейств, например, жирных амидов, пиридинов, имидазолинов и других 1,3-азолов, полимеров, которые показали отличную производительность как ингибиторы коррозии.
Целью добавления ингибиторов в низких концентрациях к агрессивным средам является задержка реакции между металлом и коррозионными веществами в среде. Они действуют путем адсорбции ионов или молекул на металлическую поверхность, как правило, снижая скорость коррозии, блокируя анодных и/или катодных реакций.
Несмотря на то, что многие неорганические, органические и полимерные соединения проявляли себя хорошо, как ингибиторы для различных металлов и сплавов, многие из этих соединений являются токсичными и не полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к стандартам охраны окружающей среды.
Новое поколение природоохранных норм требует замены токсичных химических веществ с так называемыми «зелеными ингибиторами».
Окончательный выбор ингибитора для конкретного применения ограничивается несколькими факторами, включая повышение экологической осведомленности и необходимость поощрения экологически чистых процессов в сочетании со спецификой действий большинства кислотных ингибиторов, которые часто требуют совместного действия соединений для достижения эффективного ингибирования коррозии. Именно по этой причине в последние годы большие усилия были предприняты исследователей в этой области для разработки новых экологически чистых ингибиторов.
С точки зрения экологической чистоты, перспективными компонентами защитных материалов могут быть некондиционные продукты растительного происхождения, одно из основных достоинств которых, помимо решения экологических проблем, заключается в относительной дешевизне и быстрой возобновляемости.
В последние два десятилетия ведутся исследования по поиску и получению так называемых «зеленых» ингибиторов: более дешевых, легко доступных и снижающих риск воздействия на окружающую среду. Источниками таких веществ могут быть нетоксичные и возобновляемые растительные отходы. В источниках описаны экстракты ряда растений, которые проявляют ингибирующие свойства к различным металлам, но механизм их действия практически не изучен [8 -10]. Создание ингибиторов на основе природных соединений является важным решением не только в области защиты металлов, но и в проблеме утилизации многотоннажных отходов сельского хозяйства.
Цель работы - выявление ингибирующих свойств составов на основе растительного сырья.
Задачи работы:
1. Изучить альтернативные экологически безопасные соединения, обладающие ингибирующим эффектом
2. Подобрать методы и методики извлечения флавоноидов из растений
3. Провести экспериментальные исследования
4. Обработать результаты эксперимента.
В данной бакалаврской работе рассмотрены теоретические аспекты изученных методов защиты от коррозии. Изучены методы экстракции растительного сырья. Представлен сравнительный анализ растительного сырья, используемого в качестве ингибиторов коррозии. Приведены полные расчеты для атмосферной и кислотной коррозии. Изучены альтернативные, экологически безопасные составы на предмет ингибирующих свойств.
