Розроблення інгібітора корозії маловуглецевих сталей на основі відходів жироолійного виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Г.В. КАРПЕНКА

УДК 620.197.3:620.197.6:665.382

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розроблення інгібітора корозії маловуглецевих сталей на основі відходів жироолійного виробництва

Спеціальність 05.17.14 - Хімічний опір матеріалів та захист від корозії

КОРОЛЬОВ ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Львів-2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Чернігівському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор

СИЗА Ольга Іллівна,

Чернігівський державний технологічний університет, завідувач кафедри хімії, протикорозійного захисту та безпеки життєдіяльності

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

НИКИФОРЧИН Григорій Миколайович,

Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, завідувач відділу корозійно-водневої деградації та захисту матеріалів

кандидат технічних наук, доцент

БІЛОУСОВА Ніна Аркадіївна,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра технології електрохімічних виробництв

Захист відбудеться „ 05 ” листопада 2008 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.226.02. Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України, 79601 Львів МСП, вул. Наукова, 5.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України

Автореферат розісланий „ 30 ” вересня 2008р.

Учений секретар спеціалізованої вченої радиПогрелюк І.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

жироолійний корозійний гідравлічний

Актуальність роботи. Одним з ефективних засобів захисту металів від корозії є застосування інгібіторів. При цьому зростає актуальність проблеми створення ефективного, нетоксичного та доступного інгібітору, що має широку сировинну базу для виробництва. Це пов'язано з підвищенням ролі екологічних факторів не тільки при використанні інгібіторів безпосередньо в технологічному процесі, але й при його виробництві.

З іншого боку, проблема ресурсозбереження, запровадження безвідходних технологій при використанні сільськогосподарської сировини вважається останнім часом особливо актуальною для переробної промисловості. Адже в середньому вихід готової продукції становить лише 15--30% маси перероблюваної сільськогосподарської сировини, а решта складає відходи і побічні продукти. Звідси відходи переробки сільськогосподарської продукції є величезним резервом ресурсозбереження, який поки що використовується вкрай недостатньо. Крім того, відходи виробництва забруднюють природне середовище, що знижує не лише ефективність переробної промисловості, а й приводить до значних екологічних збитків.

Таким чином, розроблення екологічно-безпечних інгібіторів корозії сталі на основі відходів переробної промисловості є актуальним напрямком у забезпеченні надійності і довговічності металофонду та економії матеріальних ресурсів. Розроблені в останні роки інгібітори на відходах переробки рослинної сировини (МГС, КС) безпечні з екологічної точки зору, але мають ряд недоліків, а саме обмежену сферу використання та необхідність застосування при їх виробництві концентрованих кислот, аміаку або лугів. Тому важливою актуальною задачею сьогодення є створення недорогих, ефективних при використанні в різних сферах промисловості, інгібіторів, які екологічно-безпечні не тільки при застосуванні але й на стадії виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні наукові результати дисертаційної роботи одержано під час виконання планових науково-дослідних робіт на кафедрі хімії, протикорозійного захисту та безпеки життєдіяльності Чернігівського державного технологічного університету (ЧДТУ) „Розробка модифікаторів для підвищення фізико-механічних та захисних властивостей лакофарбових матеріалів” (2004 - 2008 рр.) та госпдоговірних тем: № 70/410 “Дослідження властивостей гетероциклічних сполук в залежності від їх будови” (2002 - 2004 рр.), № 203/413 “Цілеспрямований синтез гетероциклічних сполук із заданим комплексом показників” (2004 - 2006 рр.), № 233/417 „Синтез і властивості нових гетероциклічних сполук” (2006 - 2008 рр.) у яких автор був виконавцем.

Мета роботи: створення з використанням безпечної технології нового ефективного екологічного інгібітора на основі відходів жироолійного виробництва; встановлення механізму його дії та закономірностей захисту сталей в нейтральному і кислому агресивних середовищах.

Для вирішення цієї мети були поставлені такі задачі:

розробити простий та екологічний метод переробки відходів жироолійного виробництва для створення інгібуючої композиції;

визначити кількісний склад діючих речовин композиції;

провести комплексне оцінювання протикорозійної активності розробленої композиції в нейтральних і кислих середовищах з урахуванням її концентрації і температури корозійного середовища;

дослідити вплив шорсткості поверхні сталі і гідравлічних факторів на корозійні процеси та ефективність інгібуючої композиції в воді системи опалення при динамічному режимі теплоносія;

виявити вплив мікротопографїї на формування захисних шарів на поверхні сталі і встановити механізм протикорозійної дії розробленої композиції;

провести прогнозну санітарно-гігієнічну, техніко-економічну та екологічну оцінку використання інгібуючої композиції;

розробити нормативну документацію і впровадити у виробництво запропоновану інгібуючу композицію, а окремі наукові розробки - у навчальний процес.

Об'єкт дослідження: процес корозії сталей у кислих і нейтральних середовищах при дії інгібуючої композиції на основі відходів переробки жироолійного виробництва.

Предмет дослідження: закономірності та механізм протикорозійної дії розробленої екологічно-безпечної композиції при захисті маловуглецевих сталей.

Методи дослідження: корозійні (електрохімічні і гравіметричні), адсорбційні (і-, ф-криві спаду струму, ЕКК, концентраційні залежності, імпеданс), спектральні (ПМР- та ОЖЕ-спектрометрія, рефрактометрія), комп'ютерні розрахунки електронних та термохімічних параметрів молекул інгібіторів (РМ 3, MNDO/d), аналітична хімія (полярографічні, “кольорові” реакції), металографічні (профілометрія), гідродинамічні.

Наукова новизна одержаних результатів. Запропоновано простий метод переробки відходів жироолійного виробництва і створено новий екологічно-безпечний ефективний інгібітор ФЕС (патент України № 82921), що забезпечує високий протикорозійний захист сталей в нейтральних і кислих агресивних середовищах при кімнатній та підвищеній температурах.

Вперше розкриті особливості корозійних процесів на поверхні деталей циліндричної форми при динамічному режимі руху робочої рідини, виявлено характер впливу шорсткості поверхні та гідродинамічних факторів на швидкість корозії сталі.

Встановлено відмінності характеру і механізму адсорбції інгібітора ФЕС в кислому та нейтральному середовищах та доведено, що захисна дія інгібітору зумовлена хемосорбцією на поверхні сталі, що описується ізотермою Фрумкіна.

Визначено механізм протикорозійної дії розробленого інгібітора, який залежить від мікротопографії поверхні, та запропоновано модель формування захисних шарів на сталі.

Науково обґрунтовано доцільність заміни небезпечної токсичної протикорозійної добавки Стронцію хромату на розроблений екологічно безпечний інгібітор ФЕС.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені технічні умови на виробництво інгібітору ФЕС. Випущено дослідну партію (НВП „ІНКОС”, м. Чернігів) і проведені дослідно-промислові випробування інгібітору ФЕС на НВП “ІНКОС”, м. Чернігів та у ЧДТУ.

Проведені на базі Інституту фізичної хімії і електрохімії імені А.Н. Фрумкіна РАН, м. Москва, результати лабораторно-дослідних випробовувань у модельних пластових водах засвідчили перспективність застосування інгібітору ФЕС для захисту металоконструкцій при нафтовидобутку.

Показані переваги використання інгібітору ФЕС у порівнянні з небезпечною протикорозійною добавкою Стронцію хроматом (Інститут сорбції та проблем ендоекології НАНУ( м. Київ).

Застосування інгібітору ФЕС у травильних ваннах операцій хімічної очистки у ВАТ “Чернігівський інструментальний завод” дало можливість відмовитись від використання катапіну, який у кислому розчині розкладається з виділенням екологічно небезпечного формальдегіду.

Окремі розробки і практичні рекомендації з результатів дисертаційної роботи внесені до лабораторного практикуму і лекційного навчального курсу «Хімія і методи дослідження сировини та матеріалів» розділу «Корозія металів і методи протикорозійного захисту».

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень, обробці отриманих даних та проведенні комп'ютерних розрахунків. Наукові результати роботи базуються на дослідженнях, виконаних безпосередньо автором. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: теоретичне обґрунтування вибору напрямку дослідження [1, 2, 4, 13], експериментальні дослідження інгібуючої активності відходів переробки рослинної сировини, узагальнення та систематизація результатів [2, 3, 8]; експериментальне дослідження інгібіторного захисту теплообмінного устаткування промислових підприємств від корозії [5, 9, 11, 12]; дослідження захисної дії протикорозійних матеріалів на основі відходів переробки рослинних олій [2, 3, 7, 10]; дослідження впливу гідродинамічних і технологічних факторів на локалізацію і швидкість корозії [13]; аналіз результатів спектральних досліджень (проведених на базі інституту електрозварювання ім. Е.О. Патона НАН України) та розробка теорії механізму захисної дії інгібітора на основі відходів переробки рослинних олій [5, 6]; розробка складу інгібуючої композиції та проведення досліджень [2].

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на V міжнародній науково-практичній конференції “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях” (смт. Славське Львівської обл., 2005 р.), Міжнародній конференції “Modern materials science: achievements and problems” (Київ, 2005 р.), на 25 ювілейній Міжнародній конференції “Композиционные материалы в промышленности” (Ялта, 2005 р.), на Х всеукраїнській науковій конференції “Львівські хімічні читання-2005” (Львів, 2005 р.), на V Міжнародній конференції “Solution for Chemical Fibers” (Чернігів, 2006 р.), на VIІI, IX Міжнародних конференціях “Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів” Корозія-2006, Корозія 2008 (Львів, 2006 р., 2008 р.), на II Міжнародній конференції “Електрохімічний захист і корозійний контроль” (Сєвєродонецьк, 2007 р), на щорічних наукових конференціях ЧДТУ та наукових семінарах кафедри хімії, протикорозійного захисту і безпеки життєдіяльності ЧДТУ (Чернігів, 2000 - 2008 рр).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 14 друкованих праць, з них 8 статей у фахових виданнях, 5 матеріалів доповідей на конференціях та отримано патент України.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури (351 найменувань), 9 додатків. Загальний обсяг роботи становить 228 сторінок (додатки займають 27 сторінок), містить 59 рисунків та 24 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі оцінено стан проблеми застосування інгібіторів для підвищення корозійної тривкості сталі. Відмічено, що сучасні інгібітори досить ефективні, але більшість з них екологічно небезпечні. Обґрунтовано, що одним з перспективних шляхів вирішення даної проблеми є використання захисних композицій на основі продуктів переробки жироолійного виробництва. Сформульовано мету і задачі дослідження, висвітлено наукову новизну роботи та практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі проведено критичний аналіз науково-технічної літератури і оцінено стан проблеми забезпечення промисловості ефективними інгібіторами корозії на основі відходів виробництва. У цьому напрямку працює обмежене коло науковців: дослідження можливості використання природних органічних сполук проводили вчені московської школи корозіоністів Н.І. Подобаєв і А.С. Шакіров; українські фахівці В.М. Ледовських та Г.П. Тищенко (м. Київ); в останні роки такі дослідження проводились на базі Дніпропетровської металургійної академії О.Е. Чигиринець, С.Ю Липатов, Г.Ю Гальченко.

Аналіз висвітлив, що з повного переліку відходів промисловості (металургійного, хімічного, коксо- і нафтохімічного та інш. виробництв) для розроблення інгібіторів привертають увагу відходи переробки рослинної сировини у жироолійному виробництві. У відходах одночасно присутні мила, нейтральний жир, фосфоліпіди, у невеликих кількостях - надлишкові луги, барвники, білки і вуглеводи та інш.

Розглянуто залежність інгібуючих властивостей та адсорбційної здатності поверхнево-активних речовин органічного походження від їх структурних особливостей. Обґрунтовано вибір напрямку і постановку задач дослідження.

У другому розділі представлено об'єкти і методи досліджень.

Для розроблення нового інгібітора використані відходи лужної рафінації у жироолійному виробництві. Інгібуючу композицію отримували шляхом екстракції з відходів, за певних технологічних особливостей, ліпідно-білкової суміші водорозчинних і водосумісних поверхнево-активних речовин.

Основні дослідження проведені на вуглецевих сталях Ст3, 20, а окремі - на сталях 10, 45, 40X, У8, Р6М5, 65Г. Вибрані сталі широко застосовуються у хімічному виробництві, енергетиці, газонафтовидобутку, промисловому і цивільному будівництві, комунальному господарстві та ін.

Використовували корозивні середовища:

вода опалювальних систем: звичайна для технічних потреб (твердість - 3500 мкг·екв/л, вміст Fe - 0,4 мкг/кг); вода пом'якшена (твердість - 70 мкг·екв/л; лужність за метилоранжем - 4,8; рН 7,3ч8,0; вміст Fe -0,25 мкг/кг);

пластова вода нафтовидобутку (модельний розчин) , - рН 5,8; карбонати -134,2 мг/дм³; сульфати -23,87 мг/дм³; хлориди - 41535 мг/дм³; кальцій-йон - 6400 мг/дм³; магній-йон - 1702,4 мг/дм³; натрій- і калій-йони - 16392,1 мг/дм³;

3 - 3,5 % розчин NaCl як агресивне нейтральне середовище;

кислі розчини НСl (0,01 М - 5 М), що відповідають середовищам кислотних промивок фільтрів, теплоенергетичного устаткування, травильних ванн при хімічній і електрохімічній обробці металів.

Склад розробленої композиції досліджували ПМР-спектроскопією (“Brucker - 500”) та якісними і кількісними методами аналітичної хімії за стандартними методиками

Швидкість корозії визначали гравіметрією і електрохімічними методами на потенціостатах ПИ-50-1, Solartron Analytical 1287A, П-5827М, а також індикатором поляризаційного опору Р5126.

Адсорбційні властивості інгібітора вивчали за кривими спаду струму (і-, ф- кривих), за електрокапілярними кривими (ЕКК) та за концентраційними залежностями (R_p = f(C)).

Механізм фізико-хімічних процесів на поверхні сталі при дії інгібітора досліджували методами спектрального аналізу: Оже-електронна спектрометрія (Оже-спектрометр АЕS-2000 приладового комбайну-лабораторії LAS-2000 - RIBER). Вимірювання показника заломлення проводили за допомогою рефрактометра ИРФ-454Б; крайового кута змочування - при використанні гоніометра марки Г5М.

Випробування на малоциклову корозійну втому (МЦКВ) проводили на плоских зразках при жорсткому навантаженні чистим згином на установці ІП-2.

Візуальні дослідження проводили за допомогою мікроскопів МІМ-8М, УМ-401П, а також мікроінтерферометра Лінника МІІ-4.

Комп'ютерні розрахунки електронних та термохімічних параметрів молекул здійснювали напівемпіричними методами РМ 3 та MNDO/d.

Планування експерименту базувалося на повному факторному експерименті типу ПФЕ 2ⁿ .

У третьому розділі наведені дослідження кількісного і якісного складу композиції на основі відходів переробки жироолійного виробництва, а також результати перевірки доцільності використання даної композиції у протикорозійному захисті.

Аналіз літературних джерел, а також технологічних характеристик відходів лужної рафінації у жироолійному виробництві дали можливість зробити припущення, що серед складових цих відходів є поверхнево-активні речовини, потенційно здатні при попередній модифікації до використання при протикорозійному захисті металів. Модифікація полягала у водній екстракції як дешевому і простому методі розділення сумішей, тому склад досліджуваної композиції обмежений водорозчинними і водосумісними речовинами. Таким чином, композиція ФЕС - це водний екстракт у вигляді колоїдного розчину речовин білково-ліпідного характеру. За допомогою ПМР-спектроскопії та методів аналітичної хімії досліджено склад композиції ФЕС: фосфоліпіди (44±2%), мила жирних кислот (51±2 %), білки і продукти їх гідролізу (амінокислоти) та інші (15 %).

Напівемпіричними методами MNDO і МР 3 проведена прогнозна оцінка протикорозійної здатності складових ФЕС, яка показала, що за термохімічними показниками, дипольним моментом і зарядами на активних центрах молекул найбільш ефективними є фосфоліпіди (кефалін і лецитин):

де R₁ і R₂ - залишки жирних кислот. Найбільш поширеними у складі фосфоліпідів є линолева (С_18:2), олеїнова (С_18:1) і пальмітинова (С_16:0) кислоти.

Наявність в молекулах фосфоліпідів гідроксильних груп, залишків фосфорної кислоти, складноестерних і амінних груп, а також подвійних зв'язків жирних кислот зумовлює потенційну здатність фосфоліпідів до адсорбції полярними групами на активних центрах поверхні.

Базуючись на розрахунках електронних зарядів, можна прогнозувати, що взаємодія амінокислот з поверхнею металу в основному відбувається за оксигенами оксикарбонільної групи (-0,468; -0,48; -0,484; -0,493), а кефаліна і лецитина - за гідроксильними групами біля Фосфору (-0,60; -0,599). Взаємодія може відбуватися за донорно-акцепторним механізмом шляхом переносу електронної густини із негативно заряджених центрів на вільні d-орбіталі Феруму. Тобто, відбувається активне комплексоутворення донорно-акцепторного типу (ліганд - метал).

Таким чином, за результатами прогнозної оцінки, досліджувана композиція ФЕС має всі передумови для використання в протикорозійному захисті.

Електрохімічні дослідження у нейтральних середовищах вказують на інгібіторну ефективність композиції ФЕС (рис. 1, 2). Зазначимо, що в межах концентрацій 0,017 … 0,260 г/л монотонне зростання захисних властивостей порушується при збільшенні концентрації інгібітора. Це можна пояснити тим, що досліджені концентрації не перевищують критичної концентрації міцелоутворення (ККМ) і розчини мають ознаки “істинних”, а утворення передміцелярних структур має нестійкий характер. Встановлено, що найбільший захисний ефект і стабільність у часі у воді системи опалення мають розчини з концентрацією С_Ін = 1,5 - 1,8 г/л, а подальше зростання концентрації суттєво не впливає на підвищення протикорозійного захисту. За результатами гравіметричних досліджень ступінь захисту за оптимальної концентрації становить Z = 92 - 96 %.

При дослідженні захисної дії інгібітора ФЕС у 3 % NaCl (рис. 3) спостерігається зниження на порядок поляризаційного опору R_p порівняно з показниками у воді системи опалення, але загальні закономірності зберігаються. Так, аномально низьке значення R_p відповідає С_Ін = 0,6 г/л, що також корелює з результатами досліджень поверхневого натягу на ртуті за близьких концентрацій (рис. 4). Відомо, що на захисні властивості інгібітору при його адсорбції у діапазоні малих концентрацій (коли відбувається формування першого захисного шару) визначальний вплив може здійснювати неоднорідність поверхні. Аналіз ЕКК в нейтральному розчині показує, що збільшення концентрації інгібітору зміщує електрокапілярний максимум у бік зменшення поверхневого натягу ртуті без зміни потенціалу, що притаманне для молекулярних нейтральних ПАР.

За С_Ін = 1,8 г/л ступінь захисту Ст3 у 3 % NaCl за гравіметричними дослідженнями становив через 24 години витримки 96,3%, а через 168 годин - 94,3%.

У кислому середовищі не спостерігається значного приросту поляризаційного опору при збільшенні С_Ін від 1,5 г/л до 2,5 г/л, тому ефективною можна вважати С_Ін = 1,5 г/л (рис. 5). У кислому фоновому електроліті має місце ефект специфічної адсорбції катіонів ПАР, який підтверджується зміщенням максимуму в область позитивних потенціалів і більшим зниженням ртуті в області спадаючої гілки кривої на рис. 6.

Отримані результати корелюють з літературними даними, що амфоліти повинні вести себе як аніоноактивні в лужному середовищі і як катіоноактивні в кислому середовищі. В ізоелектричній області вони, найчастіше, ведуть себе як нейоногенні речовини. Вплив температури на ефективність ФЕС в 0,1М НСl досліджували на зразках Ст3 після 3-х годин витримки у термостатованій шафі при С_Ін = 1,8 г/л. В інтервалі температур 293-333 К встановлено високий рівень захисту (Z = 93-96%) К, проте при підвищенні температури до 353 К він суттєво знижується (Z = 40%), що пов'язано зі втратою ФЕС колоїдних властивостей - очевидно, ПАР, що входять до складу інгібітору, зазнали повного або часткового кислотного гідролізу.

Відомо, що важливими характеристиками фізико-хімічних властивостей колоїдних розчинів є показник заломлення n та крайовий кут змочування . Експерименти показали, що на залежності n = f(C_Ін) (рис. 7) спостерігаються характерні зломи, які відповідають критичній концентрації міцелоутворення і співпадають з оптимальними концентраціями інгібітора (1,5 - 1,8 г/л), визначеними за результатами протикорозійних досліджень. Таким чином, показано можливість застосування експрес-методу для пошуку діапазону ефективних концентрацій колоїдних розчинів інгібіторів за вимірами показника заломлення. Результати вимірювання кута змочування в залежності від концентрації ФЕС підтверджують отримані вище значення критичної концентрації міцелоутворення (рис. 7).

Перевірка на малоциклову втому (рис. 8) показала, що розроблений інгібітор ФЕС є ефективним засобом захисту від корозійно-втомного руйнування. Причому, після 3-4 годинної витримки в інгібованому 3% NaCl зразків із сталі 20, число циклів до руйнування на повітрі збільшилося на 20-25 %. Це свідчить про наявність на поверхні зразків стійкої до механічного навантаження захисної плівки, що дає можливість застосовувати розроблений інгібітор для захисту сталевих конструкцій при зберіганні та транспортуванні на повітрі.

Зважаючи, що інгібітор ФЕС - це суміш ПАР різного хімічного складу, важливо було дослідити вплив окремих складових на протикорозійний захист сталей. Тому проведено розділення композиції на окремі фракції. Найменші захисні властивості виявляють індивідуальні амінокислоти (рис. 9, криві 2-4). Більшу активність з досліджених кислот має триптофан завдяки наявності в молекулі бензимідазольного фрагменту. Цікаво, що окремі фракції (водно-спиртова - суміш лецитину і мил та хлороформова - кефалін) значно перевищують протикорозійні показники самого інгібітора ФЕС. Це можна пояснити тим, що хлороформова фракція містить тільки молекули фосфоліпідів з найбільшими молярною масою і дипольним моментом. Тому відбувається формування однокомпонентної бездефектної структури, яка має найбільш щільну упаковку і, як наслідок, захисні властивості цих плівок у 10 разів вищі, ніж при використанні інгібітору ФЕС. У випадку використання ФЕС існує конкуренція молекул фосфоліпідів з іншими, менш полярними, складовими інгібітора. Ці складові через менший розмір молекул мають менші стеричні перешкоди при формуванні захисного шару на мікронерівностях поверхні сталі. Формування такого шару вимагає менше часу, проте він має нерівномірну за товщиною і щільністю упаковки структуру.

Для вивчення впливу швидкості потоку рідини (гідродинамічний фактор) і параметрів шорсткості поверхні металу (технологічний фактор) на корозійні процеси проведена серія дослідів з використанням елементів теорії математичного планування експерименту. Досліджували радіальне обтікання потоком рідини тіл циліндричної форми.

Для розрахунку швидкості корозії К_m без інгібітора нами враховувалася вся поверхня зразків (рис. 10). Але як видно з рис. 11, корозійні руйнування зосереджені, в основному, тільки на тильній частини поверхні зразків, і фактична швидкість корозії на цій поверхні удвічі перевищує загальну корозію K_m за результатами рис. 10. З'ясовано, що при швидкості потоку 0,29-0,39 м/с на більш грубій поверхні швидкість корозії більша і переважаючим фактором впливу на процес корозії є шорсткість поверхні, а у діапазоні 0,39-0,68 м/с зростає швидкість корозії полірованої поверхні і лімітуючим стає гідродинамічний фактор - швидкість рідини на поверхні зразків. При високій швидкості потоку рідини ламінарний рух змінюється на турбулентний, спочатку утворюються вихори за тильною поверхнею, потім спостерігається відрив потоку від поверхні. З переходом до турбулентного плину підсилюється взаємне перемішування шарів рідини, що полегшує протікання корозійного процесу з кисневою деполяризацією.

В інгібованій воді протягом всього часу випробувань корозійних руйнувань не спостерігалося, зразки мали стабільно низькі показники швидкості корозії (рис. 12) і вже на третю добу утворилася візуально помітна рівномірна захисна плівка на поверхні зразків. При заповненні мікронерівностей поверхні сталі молекулами інгібітору формується молекулярногладка поверхня, над якою вся рідина бере участь в течії, і гідродинамічно нерухомі шари не виявляються. Тому в нашому випадку обтікання інгібованою рідиною поверхні зразків переважно має ламінарний характер. Ступінь захисту Ст3 залежно від часу випробувань змінювався в межах 88ч99 %, що перевищує ефективність інгібіторного захисту за стаціонарного режиму.

Таким чином, аналіз комплексної перевірки протикорозійних властивостей інгібітора ФЕС свідчить, що за своїми захисними характеристиками він відповідає рівню відомих інгібіторів (ХОСП, ЧФ, ОК-3, МГ-ЧДТУ, КС-2, МГС), але має переваги в собівартості, простоті виготовлення, екологічності і зручності застосування.

В четвертому розділі наведені результати дослідження механізму дії інгібітора ФЕС.

Досліджували зразки Ст3 після витримки протягом 36-х годин в агресивних середовищах з інгібітором і без нього. Контроль за вмістом і розподілом хімічних елементів в приповерхневому шарі металу здійснювали методом Оже-електронної спектрометрії (рис. 13, 14).

Найбільший вміст Феруму у приповерхневому шарі спостерігається на зразках, які пройшли обробку в інгібованих розчинах. На повітрі і в 3 % NaCl вміст Феруму поступово зростає і стабілізується на глибині 20-30 нм, тоді як в кислому середовищі без інгібітора - на глибині 150-160 нм. Це можна пояснити більшою агресивністю кислого середовища, утворенням рихлих поверхневих шарів з продуктів корозії.

Вміст Оксигену у зразках, що знаходились на повітрі поступово зменшується і стабілізується на глибині 32-40 нм від поверхні (рис. 13). В неінгібованому менш агресивному нейтральному середовищі вміст Оксигену стабілізується у зразках на глибині 40 нм (1,4 - 1,1 %, атом.), тоді як у кислому розчині його вміст на глибині 160 нм ще становить 3,3 атом. процентів. За наявності інгібітору у розчинах - в обох випадках його вміст найменший і стабілізується на глибині 30-40 нм від поверхні (співпадає з контрольним зразком на повітрі). Це свідчить про утворення захисної плівки, яка ефективно перешкоджає доступу Оксигену до поверхні металу.

Вміст Хлору у зразках з повітряною корозією цілком прогнозовано дорівнює нулю. Зразки, що були витримані у неінгібованих середовищах, містять Хлор до глибини 40 нм у 0,1 М HCl та 2,4 нм у 3 % NaCl (рис. 14). Зразки після інгібованих середовищ у кількостях до 0,1 % атом. містять Хлор на глибинах не більше 0,8 - 1,6 нм. Такий характер розподілу Хлору свідчить про наявність щільної захисної плівки на поверхні сталі, яка не дозволяє дифундувати йонам хлору вглиб металу.

Таким чином можна зробити висновок, що в неінгібованих середовищах сліди окиснювачів (Оксигену і Хлору) спостерігаються на глибині 32-40 нм, що говорить про наявність продуктів корозії і показує глибину мікронерівностей поверхні металу. А сумарний вміст Оксигену і Феруму у зразку з повітряно-оксидною плівкою на глибині 35-40 нм дорівнює майже 100 % атом., інші елементи не виявлені, тобто поверхні впадини металу заповнені Феруму оксидами.

Порівняльний аналіз профілограм поверхні зразків Ст3 полірованої і протравленої у 1M HCl з інгібітором ФЕС довів існування мікронерівностей з кроком по вершинах 100ч250 нм. Цікаво, що за отриманими даними в середині впадин не знайдено сигналів Нітрогену (що входить до складу амінокислот) та Фосфору (за наявності фосфоліпідів). З цього можна зробити висновки: Оксиген і Карбон органічного походження належать милам; механізм формування захисних шарів базується не на величині заряду і рівні поляризованості молекули, а переважно на розмірі молекул. Тому значну роль відіграють стеричні ускладнення у доступі великих молекул до впадин на поверхні (не кажучи вже про міцелярні структури).

Дослідження наявності фосфоліпідів показали (за визначенням загального Фосфору, ГОСТ 9474-74), що у захисному шарі на поверхні зразків із Ст3 їх міститься 79 ±0,3 %.(за 480 годин).

Вивчення кінетики адсорбції (рис. 15, 16) показало, що у кислому розчині спостерігається лінійна залежність у координатах «lg г - lg » та «Д І - lg ». Це вказує на реалізацію енергетичного та блокуваль-ного механізму дії інгібітору і адсорбції його компонентів на рівномірно неоднорідній поверхні сталі. Постійне значення сили струму встановлюється більше, ніж за 30 секунд, що підтверджує можливість комплексоутворення між інгібітором і металом, а не тільки електростатичний характер адсорбційної взаємодії. Починаючи з другої хвилини експерименту (lg >1,8) лінійна залежність «Д і - lg» порушується, що пов'язане з енергетичною неоднорідністю поверхні і узгоджується з ізотермою адсорбції Брунауера, Єммета і Теллера (теорія полімолекулярної адсорбції БЕТ).

У нейтральному розчині лінійна залежність спостерігається тільки у координатах «Д І - lg ». В цьому випадку ми можемо стверджувати про адсорбцію за блокувальним механізмом на рівномірно-неоднорідній поверхні.

Ізотерми адсорбції у всіх середовищах мають однаковий S-подібний характер (рис. 16), який описувався в літературі для подібних речовин. У діапазоні низьких концентрацій не спостерігається зростання захисних властивостей, за середніх концентрацій - відповідає ізотермі Фрумкіна, характерний злам за ефективних концентрацій доводить полімолекулярний характер адсорбції на поверхні сталі.

З урахуванням проведеного аналізу механізм формування структурно-механічного бар'єру має наступні основні риси (рис. 17). Спочатку на поверхні розділу фаз одночасно відбуваються корозійно-хімічні процеси за рахунок агресивної складової основної фази (йони Оксигену, Хлору і т.д.) і адсорбційні процеси органічних складових інгібітору. В процесі адсорбції беруть участь найменші за розмірами та вільні від стеричних ускладнень молекули, що не асоційовані у великі структури - мила. Сприятливою є анізометрична форма молекул, особливо паличкоподібна, або ланцюговоподібна. Тобто, поверхня металу вкривається шаром Феруму оксидів, на якому, за рахунок хімічної адсорбції, формується шар з молекул мил (що входять до складу ФЕС).

Після повного заповнення поверхні підхід окиснювачів припиняється (або значно ускладнюється), далі відбувається фізична адсорбція і формування подвійних шарів до моменту заповнення впадин з нанорозмірами.

Подальші шари формуються за участю як вільних молекул з розчину, так і їх асоціатів, міцел та везикул. Як наслідок, структура шарів буде неоднорідною за складом і, відповідно, за товщиною. В цей час, на нашу думку, домінуючим фактором буде рівень заряду на активному адсорбційному центрі і ступінь поляризації молекули та молекулярно-масовий розподіл компонентів інгібітору. Враховуючи правило Траубе для молекулярної адсорбції з розчинів на кордоні «тверде тіло - розчин», яке говорить, що конкурентна адсорбція відбувається на користь адсорбату з більшою молекулярною масою, пріоритет складових інгібітору ФЕС у процесі адсорбції буде зменшуватися у наступному ряду: фосфоліпіди>мила>амінокислоти.

Таким чином, рядом незалежних методів визначено хімічний склад та запропоновано механізми формування захисних шарів на поверхні сталі.

У п'ятому розділі наведено результати досліджень, що обумовлюють доцільність впровадження інгібітора ФЕС у технологічні процеси з метою забезпечення техніко-економічної та екологічної ефективності протикорозійного захисту.

На інгібітор ФЕС розроблено технічні умови (ТУУ 24.6-05460798-001:2007) і здійснено випуск дослідних партій на науково-виробничому підприємстві “ІНКОС” м. Чернігова. Склад інгібітора ФЕС захищений патентом України № 82921.

На базі Чернігівського державного технологічного університету проведені випробування протикорозійної активності інгібітора ФЕС у пом'якшеній воді системи опалення. За результатами гравіметричних досліджень, проведених при статичному режимі (міжопалювальний сезон) на зразках Ст3, визначено що ступінь захисту сталі становить: у діапазоні 100ч500 годин випробувань - 91 %, через 800 годин - 86 % .

В умовах динамічного режиму руху води швидкість корозії сталі збільшується, але при цьому ефективність дії інгібітора зростає і забезпечує ступінь захисту 95,2ч97,4 %, що добре корелює з представленими раніше результатами електрохімічних досліджень.

Розроблений інгібітор було впроваджено на науково-виробничому підприємстві “ІНКОС” для захисту системи опалення виробничого цеху з випуску пластмасових виробів. Періодичні перевірки і дослідження після закінчення випробувань показали, що інгібітор ФЕС (C_Iн = 1,8 г/л) ефективно захищає сталеві шви від корозії. Розроблений інгібітор рекомендований до використання у закритих системах опалення.

Виявлено, що введення інгібітора ФЕС до води системи опалення не тільки може подовжити термін служби електрокотлів за рахунок високого протикорозійного захисту, але і підвищити ефективність дії шляхом збільшення електропровідності і скорочення часу досягнення оптимальної температури.

Перевірено також можливість використання інгібітору ФЕС на підприємствах газо-нафтовидобутку, де в результаті високої агресивності нафтової води існує гостра проблема корозійного руйнування металоконструкцій. В Інституті фізичної хімії і електрохімії імені А.Н. Фрумкіна РАН (м. Москва) були проведені гравіметрічні і електрохімічні дослідження ефективності інгібітору ФЕС у модельних розчинах пластової води підприємств нафтовидобутку (рис. 18). Гравиметрічні дослідження показали, що за концентрації інгібітора С_Ін < 0,15 г/л швидкість корозії Ст3 залежить від температури і терміну випробувань, тоді як при збільшенні концентрації С_Ін 0,175 г/л - процес інгібування практично не залежить від температури і часу формування захисних шарів - втрати металу К_m становлять 0,03-0,15 г/м² год. Характерні зломи у діапазоні 0,030< С_Ін < 0,037 г/л при кімнатній температурі і у діапазоні 0,145< С_Ін< 0,165 г/л при 353 К та різке зростання ефективності захисту пов'язано з досягненням критичної концентрації міцелоутворення, що підтверджує наведені раніше результати, отримані у слабкомінералізованих нейтральних розчинах.

Кінетику катодних і анодних процесів досліджували на залізі Армко методом поляризаційних кривих при різних температурах і концентраціях інгібітора ФЕС. Аналіз дозволяє зробити висновок, що при 293 К стаціонарний потенціал зміщується в більш негативну область і інгібітор ФЕС в основному гальмує катодну реакцію. При підвищенні температури до 353 К стаціонарний потенціал зміщується у бік позитивних значень і переважає гальмування анодного процесу розчинення металу. В цілому ступінь захисту становить 80-90 %, і інгібітор ФЕС може бути рекомендований для застосування на підпрємствах нафто-газового комплексу.

Відомо, що протикорозійному захисті використовуються антикорозійні добавки, до складу яких входять сполуки Хрому (VI), Плюмбуму, цинк фосфату. Але в останні роки їх виключають з рецептур лакофарбових композицій, що пов'язано з токсичністю цих речовин (ПДК йонів Cr⁶⁺ - 0,1 мг/л). Тому досліджена можливість заміни таких добавок на інгібітор ФЕС. Результати порівняльних поляризаційних випробувань (рис. 19) показують, що при застосуванні розробленого інгібітора швидкість корозії в катодній області у 16,7 разів менша, а в анодній - у 20,4 рази порівняно з Стронцію хроматом - SrCrO₄ (стронцієвий крон).

Корозійні імпедансні криві на діаграмі Найквіста (рис. 20) є функціями тривалості контакту зразків з реакційним середовищем (24 і 48 годин). Електродний імпеданс доводить, що водна система з добавками інгібітора ФЕС утворює більш стійкі захисні шари, ніж Стронцію хромат. Іншою важливою характеристикою імпедансу є діаграма Боде, де представлені частотні залежності модуля імпедансу (|Z|) та фазового кута. Наведені результати показують суттєві переваги інгібітору ФЕС в якості антикорозійної добавки порівняно зі Стронцію хроматом, при цьому розроблений інгібітор виробляється на основі екологічно-чистої сировини рослинного походження.

Результати наукових розробок і рекомендацій дисертації впроваджені також на ВАТ “Чернігівський інструментальний завод”: інгібітор ФЕС використовують у виробничому процесі для захисту поверхні деталей металорізального і слюсарно-монтажного інструменту та технологічного обладнання операцій хімічної очистки. Раніше на цій операції використовувався уротропін у кількості 40ч50 г/л, який у кислому середовищі розкладається з виділенням формальдегіду (ПДК 0,05 мг/м³). Аналіз стану поверхні контрольних зразків показав відповідність вимогам еталону. В результаті застосування розробленого інгібітора збільшився термін експлуатації металоконструкцій та зменшились витрати на ремонтно-відновлювальні роботи, при цьому значно поліпшився екологічний стан у приміщенні цеху.

Одержано висновок державної санітарно-епідеміологічної експертизи № 05.03.02-07/62830 від 13.12.2007. Пошук та ідентифікація речовин, що входять до складу інгібітора ФЕС, не дозволили віднести їх до жодного з 4-х класів небезпеки згідно ГОСТ 12.1.007-76 та ДсанПіН 2.2.7.029-99, тобто інгібітор ФЕС - екологічно-безпечна композиція.

Еколого-економічна прогнозна ефективність від впровадження інгібітору ФЕС була зроблена на основі реальних середньорічних показників об'єму відходів від переробки рослинної сировини і відпускної ціни на відходи Ніжинського жироолійного заводу, які використовували для виробництва інгібітору. За розрахунком реалізація нових відходів можлива за первинною ціною і ефективність такої технології становить 111440 грн/рік. Собівартість інгібітору ФЕС не включає вартість сировини, а тільки витрати, які необхідні для його виробництва.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

У дисертації вирішено науково-технічне завдання підвищення протикорозійного захисту металоконструкцій від корозії розробленням ефективних інгібіторів на основі використання екологічно-безпечної технології переробки рослинних відходів жироолійного виробництва України. Основні результати наступні:

Винайдено дешевий, екологічно-безпечний і технологічний спосіб переробки відходів жироолійного виробництва, заснований на екстракції водорозчинних і водосумісних поверхнево-активних речовин, для створення композиції ФЕС з інгібіторними властивостями.

Методами аналітичної хімії, ПМР- і Оже-спектроскопії визначено склад активних компонентів розробленого інгібітора ФЕС: фосфоліпіди (44±2 %), мила жирних кислот (51±2 %), білки та продукти їх гідролізу та інші (15 %).

Протикорозійні властивості інгібітора ФЕС у нейтральному і кислому агресивних середовищах підвищуються при збільшенні вмісту ФЕС до досягнення критичної концентрації міцелоутворення, а далі змінюються несуттєво. Оптимальна ефективність інгібітора (Z = 94-96 %) досягається за його концентрації 1,5-1,8 г/л як за кімнатної, так і підвищеної (333 К) температур. З'ясовано, що найбільший протикорозійний захист у складі ФЕС здійснюють фосфоліпіди.

Показано, що інгібітор ФЕС має дифільні властивості і у кислому середовищі проявляє себе як катіоноактивна речовина, а у 3 %-ному розчині NaCl - як молекулярна нейтральна ПАР. Виявлено, що захисна дія інгібітора зумовлена його хемосорбцією, яка описується ізотермою Фрумкіна.

Встановлено вплив шорсткості поверхні та гідродинамічних факторів на протікання корозійних процесів на поверхні сталі і виявлено, що у випадку обтікання потоком рідини деталей циліндричної форми корозія в неінгібованому розчині має локальний характер і переважно зосереджується уздовж лінії розділу тильної і лобової поверхні зразків. Застосування інгібітору ФЕС усуває прояви локальної корозії, а ступінь захисту Ст3 складає 88-99 %.

Вперше проаналізовано склад і товщину захисних шарів інгібітора органічного походження з урахуванням мікротопографії поверхні сталі: спочатку хемоадсорбуються молекули з найменшими стеричними ускладненнями, а потім, за принципами фізичної адсорбції, формуються полімолекулярні структури. За відсутності стеричних ускладнень перевагу у формуванні адсорбційних шарів мають в більшій мірі поляризовані молекули, що входять до складу інгібітора, за порядком: фосфоліпіди>мила>аміно-кислоти.

Досліджено механізм захисної дії інгібітора ФЕС у високомінералізованих пластових водах нафтовидобутку. Виявлено, що за кімнатної температури переважно гальмується корозія на катодних ділянках поверхні, тоді як за підвищеної (353 К) - інгібітор анодно-катодної (змішаної) дії.

Показані переваги використання інгібітору ФЕС у порівнянні з небезпечним Стронцію хроматом, що використовується як протикорозійна добавка.

Виготовлення та використання інгібітору ФЕС відповідає вимогам екологічної безпеки. На інгібітор ФЕС отримано патент України № 82921, розроблено технічні умови та випущено дослідну партію. Інгібітор випробувано на ряді підприємств (НВП “ІНКОС”, ВАТ “Чернігівський інструментальний завод”) і впроваджено для протикорозійного захисту систем теплопостачання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Використання природних органічних речовин групи ліпідів у протикорозійному захисті сталі / О.М. Савченко, О.О. Корольов, О.І. Сиза, Бакалов В.Г. // Вісник ЧДТУ. - 2005. - № 22. - С. 130-134.

2. Протикорозійні властивості продуктів переробки рослинної сировини / О.І. Сиза, О.О. Корольов, О.М. Савченко, С.В. Гаценко, І.В. Пасічніченко // Фіз.-хім. механіка матеріалів.- Спец. випуск 2006. - № 5. - С. 874-880.

3. Сизая О.И. Исследование защитного действия противокоррозионных материалов на основе продуктов растительного происхождения / О.И. Сизая, О.Н. Савченко, А.А. Королев // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2005. - № 5. - С. 34-39.

4. Корольов О.О. Дослідження протикорозійних властивостей відходів хімічного та харчового виробництв / О.О. Корольов, О.І. Сиза, О.М. Савченко // Вісник ЧДТУ. - 2006. - № 26. - С. 123-128.

5. Використання продуктів переробки рослинної сировини у протикорозійному захисті / О. Сиза, О. Корольов, О. Савченко, С. Гаценко // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2007. - Т. 6. - С. 208-213.

6. Королев А.А. Механизм действия экологически безопасного ингибитора ФЕС при защите стали / А.А. Королев, О.И. Сизая // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2008. - №2. - С. 23-29.

7. Характер адсорбции на стали ингибиторов на основе растительного сырья / О.И. Сизая, О.Н. Савченко, А.А. Королёв, В.Г. Ушаков // Защита металлов. - 2008. - Т. 44, № 3. - С. 267-271.

8. Особливості протикорозійного захисту інгібіторами на основі відходів переробки рослинної сировини / О. Сиза, О. Корольов, О. Савченко, І. Костенко, В. Челябієва // Фіз.-хім. механіка матеріалів.- Спец. випуск 2008. - № 7. - С. 567-572.

9. Новые противокоррозионные материалы на основе продуктов модификации растительных масел / О.И. Сизая, О.Н. Савченко, А.А. Королев, С.В. Гаценко, О.Л. Гуменюк // Современное материаловедение:достижения и проблемы: междунар. конф., 26-30 сент. 2005 г. : тезисы докл. - Киев, 2005. - С. 429-430.

10. Про механізм утворення захисної наноструктури на поверхні сталі при дії гетероциклічних інгібіторів в агресивному середовищі / О.І. Сиза, О.М. Савченко, О.Л. Гуменюк, О.О. Корольов // Композиционные материалы в промышленности: 25 юбил. междунар. конф., 30 мая-3 июня 2005 г.: тезисы докл. - Ялта : Укр. информ. центр "Наука. Техника. Технология". - 2005. - С. 438-440.

11. Екологічні аспекти використання модифікованих рослинних олій у протикорозійному захисті / О.І. Сиза, О.М. Савченко, О.О. Корольов, С.В. Гаценко, І.В. Пасічніченко // Львівські хімічні читання: укр. конф. з хімії, 25-27 трав. 2005 р.: збір. наук. праць - Львів : ЛНУ, 2005. - С. 12.

12. Інгібіторний захист водооборотних систем від корозії та біологічного забруднення / О.М. Савченко, О.І. Сиза, О.О. Корольов, Ф.І. Авер'янов // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях: междунар. конф., 21-25 февраля, 2005 г.: тезисы докл. - пмт. Славское, 2005. - С. 124-126.

13. Королев А.А. Исследование коррозионных процессов стальной аппаратуры в производстве химических волокон / А.А. Королев, О.И. Сизая, В.И. Кирюшко // Техника и технология химволокон: 5 междунар. науч.-практ. конф., 3-5 окт. 2006 г. : сб. докл. - Чернигов: ОАО «Химтекстильмаш». - 2006. - С. 218-221.

14. Пат. 82921 України, МПК(2006), C23F 11/10, 23F 11/00. Інгібітор корозії сталі у водних середовищах / Корольов О.О., заявник і власник Корольов О.О. - № а 2006 07201; заявл. 29.06.06 ; опубл. 10.01.08, Бюл. № 1.

Анотація

Корольов О.О. Розроблення інгібітора корозії маловуглецевих сталей на основі відходів жироолійного виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.14 - Хімічний опір матеріалів та захист від корозії. - Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка, Національна академія наук України. - Львів, 2008.

Дисертація присвячена розробленню ефективного інгібітора на основі використання екологічно-безпечної технології переробки відходів жироолійного виробництва України, встановленню механізму дії та закономірностей захисту маловуглецевих сталей в нейтральному і кислому агресивних середовищах та при динамічному режимі руху води системи опалення. Методами аналітичної хімії, ПМР- і Оже-спектроскопії визначено склад активних компонентів інгібітора, серед яких найбільшу ефективність мають фосфоліпіди.

Встановлено, що інгібітор ФЕС має дифільні властивості і у кислому середовищі проявляє себе як катіоноактивна речовина, а у 3 %-ному розчині NaCl - як молекулярна нейтральна ПАР. Застосування інгібітору ФЕС усуває прояви локальної корозії при обтіканні потоком рідини деталей циліндричної форми.

Вперше проаналізовано склад і товщину захисних шарів з урахуванням мікротопографії поверхні сталі: спочатку хемоадсорбуються молекули з найменшими стеричними ускладненнями, а потім, за принципами фізичної адсорбції, формуються полімолекулярні структури.

На основі поведених досліджень розроблений інгібітор ФЕС, ефективний в статичних та динамічних умовах в агресивних кислих і нейтральних середовищах (Z = 94 - 99 %). Наукові розробки і практичні рекомендації дисертації впроваджено на підприємствах Чернігівського регіону для захисту від корозії обладнання та трубопроводів систем теплопостачання.

Ключові слова: корозія, інгібітор, адсорбція, механізм дії, екологічна безпека.

Аннотация

Королев А.А. Разработка ингибитора коррозии малоуглеродистых сталей на основе отходов масложирового производства.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.14 - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии. - Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко, Национальная академия наук Украины. - Львов, 2008.

Диссертация посвящена разработке эффективного ингибитора на основе экологически-безопасной технологии переработки отходов масложировой промышленности Украины, установлению механизма действия и закономерностей защиты малоуглеродистых сталей в стационарных нейтральных и кислых агрессивных средах и динамическом режиме воды системы отопления.

Предложен дешевый и экологически безопасный способ экстракции водорастворимых и водосовместимых поверхностно-активных веществ из отходов масложирового сырья и установлен состав активных компонентов разработанного ингибитора ФЕС.

Оптимальная эффективность інгібітора (Z = 94-96 %) достигается при его концентрации 1,5-1,8 г/л как при комнатной, так и повышенной (333 К) температуре. Выяснено, что наибольшую противокоррозионную эффективность в составе ФЕС имеют фосфолипиды.

Показано, что ингибитор ФЕС имеет дифильные свойства и в кислой среде проявляет себя как катионоактивное вещество, а в 3 %-ном растворе NaCl - как молекулярное нейтральное ПАВ.

Установлено влияние шероховатости поверхности и гидродинамических факторов на протекание коррозийных процессов на поверхности стали и выявлено, что в случае обтекания потоком жидкости деталей цилиндрической формы коррозия в неингибированном растворе имеет локальный характер и преимущественно сосредоточивается вдоль линии раздела тыльной и лобной поверхности деталей. Применение ингибитора ФЕС устраняет проявления локальной коррозии, а степень защиты Ст3 составляет 88-99 %.

Впервые проанализирован состав и толщина защитных покрытий ингибитора органического происхождения с учетом микротопографии поверхности стали: сначала хемоадсорбуються молекулы с наименьшими стерическими затруднениями, а потом, на принципах физической адсорбции, формируются полимолекулярные структуры. При отсутствия стеричних затруднений преимущество в формировании адсорбционных слоев имеют в большей мере поляризованные молекулы, которые входят в состав ингибитора, в ряду: фосфолипиды>мыла>аминокислоты.

...