Электрохимические и теоретические исследования эффективности препарата фавипиравир как экологически безопасного ингибитора коррозии алюминиевых сплавов в растворе кислоты

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8680 (2023) Цитировать эту статью

391 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Алюминий-кремниевые сплавы стали предпочтительным вариантом в автомобильной и аэрокосмической промышленности благодаря их отказоустойчивости в технологических процессах и разумным статическим характеристикам при относительно доступных затратах. Целью данного исследования было изучение использования препарата фавипиравир (ФАВ) в качестве биосовместимого и экологически чистого ингибитора для защиты поверхности алюминиевого сплава (AlSi) в агрессивной кислой среде (1,0 М HCl). Электрохимические измерения показывают, что ФАВ относится к категории ингибиторов смешанного типа с катодным эффектом. При 100 ppm FAV имел самую высокую ингибирующую эффективность (96,45%). FAV связан с более низкими значениями емкости двойного слоя и более высоким сопротивлением переносу заряда. Эти результаты показывают, что коррозия AlSi в 1,0 М HCl снижается в присутствии FAV. Модель Ленгмюра хорошо подходит для поведения адсорбции FAV (R2 ≈ 1). Хемосорбция является первичной адсорбцией в этой среде. Теоретический расчет изучает молекулярную структуру и поведение ингибиторов коррозии. Были рассчитаны различные квантово-химические свойства FAV, включая разницу энергий (ΔE), мягкость, глобальную твердость и энергию обратного донорства в зависимости от самых высоких занятых и самых низких незанятых молекулярных орбиталей. Кроме того, популяционный анализ Малликена и Фукуи и карта молекулярного электростатического потенциала представляют распределение электронов и активные центры молекулы. Экспериментальные результаты и квантово-химические расчеты совпали, и FAV рекомендуется в качестве зеленого ингибитора коррозии.

Алюминий — один из самых гибких и доступных металлических материалов для различных отраслей промышленности: от мягкой, очень гибкой упаковочной фольги до самых требовательных инженерных применений. Благодаря своей превосходной литейной способности силикон, основной легирующий элемент алюминиевого сплава, улучшает его характеристики. Литейные сплавы на основе AlSi составляют около 90% всех алюминиевых отливок1. Благодаря исключительному износу, низкому коэффициенту теплового расширения, высокому соотношению прочности и веса, а также превосходной износостойкости и коррозионной стойкости сплавы AlSi широко используются в различных отраслях промышленности, например в автомобильной промышленности, особенно в производстве поршней2.

Поскольку в большинстве операций кислотного травления алюминия в промышленности используется раствор HCl3,4, коррозия алюминия является неизбежной проблемой, затрагивающей практически все химические предприятия, и одной из самых страшных технологических катастроф нашего времени. Коррозия является широко распространенной проблемой, поскольку она, несомненно, приводит к ухудшению наших природных свойств и ее прямым издержкам в рупиях. Следовательно, защита алюминия и его сплавов от растворов соляной кислоты имеет решающее значение для развития промышленности5.

Различные органические молекулы используются в качестве ингибиторов коррозии металлических поверхностей6,7,8,9. Несмотря на более высокую защиту этих органических молекул, большинство из них оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Защита алюминиевых сплавов по-прежнему требует большего внимания с использованием характерных и эффективных экологически чистых коррозионностойких материалов.

Поэтому исследователи коррозии сконцентрировались на разработке экологически чистой и менее токсичной коррозионной стойкости. Новые ингибиторы коррозии с минимальным воздействием на окружающую среду, часто называемые «зелеными» или «экологичными», становятся все более востребованными и необходимыми10,11,12. Наиболее многообещающей альтернативой для предотвращения коррозии алюминия в кислых растворах являются лекарства, поскольку они обычно получают из биологических источников, демонстрируют высокую эффективность ингибирования при низких концентрациях и естественным образом биоразлагаемы13,14,15. Хамза и др.16 используют метод потери веса для изучения адсорбции препарата фенилэфрина и его эксплуатационных характеристик при коррозии сплава Al (2024) в 1,0 М HCl. Авторы пришли к выводу, что увеличение концентрации препарата повышает эффективность ингибирования фенилэфрина. Лекарственное средство фенилэфрин химически адсорбировалось на поверхности, следуя изотерме адсорбции Ленгмюра. При 500 ppm и 303 К процентная эффективность ингибитора была близка к 83,92%.