염화물 용액에서 탄소강의 부식을 억제하는 이온성 액체의 흡착, 열역학 및 양자화학 연구

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12536(2022) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 2월 6일에 게시되었습니다.

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본 연구의 목적은 일부 유전에서는 부식 억제제의 용해도가 어렵기 때문에 이온성 액체를 부식 억제제로 사용하는 데 있으며, 이러한 물질은 물과 혼합될 수 있어 업계에서 이러한 문제에 대한 해결책을 제공합니다. 두 번째 목적은 가장 일반적인 부식 억제제와 비교하여 이러한 화합물의 독성이 낮다는 것입니다. 이 연구에서는 3.5% NaCl 용액에서 탄소강에 대한 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메틸 설포네이트([BMIm]TfO)의 부식 억제 성능을 다루었습니다. 이 연구는 전기화학, 흡착, 양자화학 조사로 구성되었습니다. 결과는 [BMIm]TfO가 유망한 부식 억제제로 간주될 수 있으며 농도가 증가함에 따라 억제 효능이 강화된다는 것을 나타냅니다. 관찰된 억제 효과는 이온성 액체 종의 흡착 및 표면 보호막 생성과 연관될 수 있습니다. 흡착 모드는 Langmuir 흡착 등온선을 따릅니다. 분극 결과는 이온성 액체 [BMIm]TfO가 혼합 억제제로 작용한다는 것을 보여주었습니다. [BMIm]TfO의 유무에 따른 온도에 대한 부식 영향의 의존성은 분극 데이터를 사용하여 303-333K의 온도 범위에서 입증되었습니다. 활성화 매개변수가 결정되고 논의되었습니다. [BMIm]TfO의 관찰된 억제 성능은 양자 화학 연구를 사용하여 이온성 액체의 전자 특성과 상관관계가 있었습니다.

부식은 특히 석유화학 및 석유 생산 작업에서 심각하고 비용이 많이 드는 문제입니다1,2. 보다 발전된 내부식성 부품을 사용할 수 있는 높은 잠재력 외에도 탄소강 경작은 추출, 전송 및 저장과 같은 다양한 원유 처리 단계에서 거대한 파이프라인 건설에 사용되는 주요 가공 재료입니다. 탄소강 파이프는 산업 분야에서 널리 사용되었습니다. 가스 및 액체 수송3,4. 석유 생산 및 정유 공정에서 가장 공격적인 환경 중 하나는 다양한 양의 용해된 염, 특히 염화나트륨5,6을 포함하는 염수 환경입니다. 표면에 생성된 보호 산화막은 공격적인 환경에 기반한 염화물 이온의 존재로 인해 저하될 수 있습니다7,8.

유해한 부식 영향을 줄이기 위해 다양한 부식 완화 방식을 적용할 수 있습니다. 기존의 부식저감 기술 중 친환경 억제제의 활용은 높은 타당성, 고효율, 환경 유해성 최소화 등의 장점을 갖고 있다9. 최근 이온성 액체는 염기성, 산성 또는 염분 용액과 같은 부식성 환경에서 다양한 유형의 금속 및 합금의 부식에 대한 효과적이고 친환경적인 억제제임이 입증되었습니다10,11. 부피가 큰 구조와 헤테로원자의 존재로 인해 이온성 액체는 잠재적인 부식 억제제로 간주됩니다12.

일반적으로 이온성 액체는 부식성 매체에 대한 보호층을 형성하는 표면과의 흡착 접촉 능력으로 인해 유망한 부식 억제 경향을 가지고 있습니다. 일반적으로 대부분의 이온성 액체는 이러한 경향을 보입니다. 이온성 액체에 존재하는 양이온과 음이온의 유형은 해당 액체로 달성할 수 있는 흡착 및 억제 효율 수준에 직접적인 영향을 미칩니다. 최근 연구에서 우리는 이온성 액체 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 트리플루오로메틸 설포네이트([BMP]TfO)가 염화물 용액에서 탄소강의 부식과 박테리아 성장 모두에 대한 이중 기능 억제제 역할을 할 수 있음을 입증했습니다. [BMP]TfO는 두 가지 유형의 부식을 모두 억제합니다13. 또한 이온성 액체인 1-(2-하이드록시에틸)-3-메틸이미다졸리늄 클로라이드와 1-에틸-3-메틸에이미다졸리늄 클로라이드가 효과적인 부식 억제제 및 살생물제인 것으로 나타났습니다. 이 연구 결과는 Ionic Liquids14 저널에 게재되었습니다. 이미다졸륨 양이온에 수산기가 통합되면 부식 억제 효과가 향상되는 것으로 나타났습니다15. 본 논문에서는 3.5% NaCl 용액에서 탄소강에 대한 이온성 액체 [BMIm]TfO의 부식 억제 성능을 입증했습니다. 이 연구는 전기화학, 흡착, 양자화학 조사로 구성되었습니다.