Corrosione del metallo e l'efficienza di inibitori di corrosione in Media meno conduttivo
Summary
La sperimentazione di processi associati alla corrosione materiale spesso può essere difficile soprattutto in ambienti non acquoso. Qui, presentiamo diversi metodi per testare i a breve e a lungo termine del comportamento di corrosione degli ambienti non acquosi come i biocarburanti, soprattutto quelli contenenti bioetanolo.
Abstract
Corrosione del materiale può essere un fattore limitante per i diversi materiali in molte applicazioni. Pertanto, è necessario per meglio comprendere i processi di corrosione, prevenirli e ridurre al minimo i danni associati con loro. Una delle caratteristiche più importanti di processi di corrosione è il tasso di corrosione. La misurazione dei tassi di corrosione è spesso molto difficile o addirittura impossibile, soprattutto in ambienti meno conduttivi, non acquoso come i biocarburanti. Qui, presentiamo cinque diversi metodi per la determinazione dei tassi di corrosione e l’efficienza della protezione anti-corrosione in biocarburanti: (i) una prova statica, (ii) un test dinamico, (iii) una prova statica con un misure di raffreddamento ed elettrochimici di reflusso (iv) in un disposizione due elettrodi e (v) in una disposizione di tre elettrodi. La prova statica è vantaggiosa dovuto suoi bassi richiede il materiale e la dotazione strumentale. Il test dinamico permette per la prova dei tassi di corrosione dei materiali metallici a condizioni più gravi. La prova statica con un dispositivo di raffreddamento di riflusso consente il collaudo in ambienti con maggiore viscosità (ad es., oli per motori) alle più alte temperature in presenza di ossidazione o un’atmosfera inerte. Le misure elettrochimiche forniscono una visione più completa sui processi di corrosione. Le geometrie di cella presentato e le modalità (i sistemi del due-elettrodo e tre elettrodi) consentono di effettuare misurazioni in ambienti di biocarburanti senza elettroliti di base che potrebbero avere un impatto negativo sui risultati e caricarli con errori di misura. I metodi presentati rendono possibile studiare l’aggressività di corrosione di un ambiente, la resistenza alla corrosione dei materiali metallici e l’efficienza di inibitori di corrosione con risultati rappresentativi e riproducibili. I risultati ottenuti con questi metodi possono aiutare a comprendere i processi di corrosione più dettagliatamente per ridurre al minimo i danni causati dalla corrosione.
Introduction
La corrosione causa l’ottimo materiale e danni economici del mondo. Essa provoca notevoli perdite materiali a causa di disintegrazione materiale parziale o completa. Le particelle rilasciate possono essere intesi come impurità; possono modificare negativamente la composizione dell’ambiente circostante o la funzionalità dei vari dispositivi. Inoltre, corrosione può causare cambiamenti negativi visiva dei materiali. Così, c’è un bisogno di comprendere i processi di corrosione in modo più dettagliato per sviluppare misure per prevenire la corrosione e minimizzare i suoi potenziali rischi1.
Tenendo conto di questioni ambientali e le riserve di combustibili fossili limitato, c’è un crescente interesse nei combustibili alternativi, tra cui i biocarburanti da fonti rinnovabili svolgono un ruolo importante. Ci sono una serie di vari biocarburanti potenzialmente disponibili, ma prodotto da biomassa attualmente il bioetanolo è l’alternativa più adatta per benzine di sostituzione (o con metodo di fusione). L’utilizzo di bioetanolo è disciplinata la direttiva 2009/28/CE in Unione europea2,3.
Etanolo (bioetanolo) possiede delle caratteristiche sostanzialmente diverse rispetto alle benzine. È altamente polare, conduttivo, completamente miscibile con l’acqua, ecc queste proprietà rendono etanolo (e carburante miscele contenente etanolo anche) aggressivo in termini di corrosione4. Per carburanti con tenore di etanolo basso, contaminazione da piccole quantità di acqua può causare la separazione della fase acqua-etanolo dalla fase dell’idrocarburo e questo può essere altamente corrosivo. Etanolo anidro stessa può essere aggressivo per alcuni metalli meno nobili e il “corrosione a secco”5. Con vetture già esistenti, la corrosione può verificarsi in alcune parti metalliche (soprattutto da rame, ottone, alluminio o acciaio al carbonio) che entrano in contatto con il carburante. Inoltre, i contaminanti polari (soprattutto cloruri) possono contribuire alla corrosione come una fonte di contaminazione; le reazioni di solubilità e ossidazione ossigeno (che possono verificarsi nelle miscele di etanolo-benzina (EGBs) e una fonte di sostanze acide) possono anche giocare un ruolo importante6,7.
Una delle possibilità su come proteggere i metalli dalla corrosione è l’uso di inibitori di corrosione cosiddetto che rendono possibile sostanzialmente rallentare (inibire) processi di corrosione8. La selezione di inibitori di corrosione dipende dal tipo di ambiente corrosivo, la presenza di stimolatori di corrosione e in particolare sul meccanismo di un inibitore specifico. Attualmente, non esiste nessun database versatile o classificazione disponibile che consentirebbe un orientamento semplice in inibitori di corrosione.
Ambienti corrosivi possono essere suddivisi in acquoso o non acquoso, come l’intensità e la natura dei processi di corrosione in questi ambienti differiscono in modo significativo. Per ambienti non acquoso, corrosione elettrochimica collegata con diverse reazioni chimiche è tipica, considerando che solo dalla corrosione elettrochimica (senza altre reazioni chimiche) si verifica in ambienti acquosi. Inoltre, la corrosione elettrochimica è molto più intensa in ambienti acquosi9.
Processi di corrosione in ambienti non acquoso, liquidi organici, dipendono dal grado di polarità dei composti organici. Questo è associato con la sostituzione dell’idrogeno in alcuni gruppi funzionali di metalli, che è collegato con il cambiamento delle caratteristiche dei processi di corrosione da elettrochimico a prodotto chimico, per cui più bassi tassi di corrosione sono tipici in confronto con processi elettrochimici. Ambienti non-acquosi hanno in genere Bassi valori di conducibilità elettrica9. Per aumentare la conduttività in ambienti biologici, è possibile aggiungere i cosiddetti elettroliti di supporto come tetralchilammonio tetrafluoroborates o perclorati. Purtroppo, queste sostanze possono avere proprietà anticorrosione, o, al contrario, aumentare la corrosione tariffe10.
Ci sono diversi metodi per breve e lungo termine test di corrosione tariffe dei materiali metallici o l’efficienza di inibitori di corrosione, vale a dire con o senza circolazione di ambiente, vale a dire, statica e dinamica corrosione test, rispettivamente 11 , 12 , 13 , 14 , 15. per entrambi i metodi, il calcolo dei tassi di corrosione dei materiali metallici è basato sulle perdite di peso di materiali testati per un certo periodo di tempo. Recentemente, metodi elettrochimici stanno diventando sempre più importante negli studi di corrosione a causa della loro elevata efficienza e tempi di misura breve. Inoltre, spesso possono fornire ulteriori informazioni e una visione più completa sui processi di corrosione. I metodi più comunemente utilizzati sono la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS), polarizzazione potenzio-dinamici e la misurazione della stabilizzazione della corrosione potenziale nel tempo (in un planare, due elettrodi o in una disposizione di tre elettrodi)16 ,17,18,19,20,21,22,23.
Qui, vi presentiamo cinque metodi per il breve e lungo termine test dell’aggressività di corrosione di un ambiente, la resistenza alla corrosione dei materiali metallici e l’efficienza di inibitori di corrosione. Tutti i metodi sono ottimizzati per misure in ambienti non acquoso e si sono dimostrati su EGBs. I metodi consentono di ottenere risultati rappresentativi e riproducibili, che possono aiutare a comprendere i processi di corrosione più dettagliatamente per impedire e minimizzare danni di corrosione.
Per la prova di corrosione di immersione statica in sistemi metallo-liquidi, prove di corrosione statica in sistemi metallo-liquidi possono essere eseguite in un semplice apparato costituito da un flacone da 250 mL, dotato di un gancio per appendere un campione analizzato, Vedi Figura 1.
Per il test di corrosione dinamico con circolazione di liquido, inibitori di corrosione del metallo o l’aggressività dei liquidi (combustibili) possa essere testato in un apparato di flusso con la circolazione del liquido di coltura presentata nella Figura 2. L’apparato di flusso è costituito da una parte temperata e un serbatoio del liquido testato. Nella parte temperata, il liquido testato è in contatto con un campione metallico in presenza di ossigeno in aria o in atmosfera inerte. L’alimentazione del gas (aria) è assicurata da una fritta con il tubo di raggiungere il fondo del pallone. Il serbatoio del liquido testato contenente circa 400-500 mL del liquido testato è collegato con un dispositivo di raffreddamento di riflusso che permette il collegamento dell’apparato con l’atmosfera. Nella ghiacciaia, la parte evaporata del liquido è congelata a-40 ° C. La pompa peristaltica permette per il pompaggio del liquido a una velocità adatta di circa 0,5 Lh–1 tramite un circuito chiuso da chimicamente stabile e inerte materiali (ad es., Teflon, Viton, Tygon) dalla parte di deposito nella parte temperata, da che il liquido restituisce tramite l’overflow nella parte di deposito.
Per la prova di corrosione di immersione statica con un riflusso più fresco in presenza di gas medi, inibitori di corrosione, la resistenza dei materiali metallici o l’aggressività di un ambiente liquido possa essere testato nell’apparato presentato in Figura 3. L’apparecchio contiene due parti. La prima parte è costituito da un pallone da mL 500 due-con il collo, temperato con un termometro. La boccetta contiene una quantità sufficiente di un ambiente liquido. La seconda parte consiste di (i) un reflusso più fresco con un bicchiere di terra comune per realizzare un collegamento stretto con il pallone, (ii) un gancio per piazzare i campioni metallici e (iii) una fritta con un tubo per l’alimentazione del gas (aria) raggiungendo la parte inferiore del pallone. L’apparecchio è collegato nell’atmosfera tramite il dispositivo di raffreddamento che evita l’evaporazione del liquido.
L’apparato per le misure elettrochimiche nella disposizione del due-elettrodo è presentato nella Figura 4. Gli elettrodi sono fatti da fogli di metallo (3 x 4 cm, in acciaio dolce), che sono completamente immersa in resina epossidica su un lato per proteggerli dall’ambiente corrosivo circostante. Entrambi gli elettrodi sono avvitati alla matrice in modo che la distanza tra loro è di circa 1 mm22.
Le misure elettrochimiche nella disposizione tre elettrodi costituiti da lavoro, riferimento ed elettrodi ausiliari collocati nella cella di misura in modo che sia garantita una piccola distanza fra gli elettrodi; vedere la Figura 5. Come elettrodo di riferimento, calomelano o elettrodi di cloruro di argento con un ponte salino contenente (i) una soluzione di13 molL–di nitrato di potassio (KNO3) o (ii) una soluzione di11 molL–di cloruro di litio (LiCl) in etanolo può essere utilizzato. Un filo di platino, la maglia o la piastra può essere usato come l’elettrodo ausiliario. L’elettrodo di lavoro è costituito da (i) una parte di misurazione (materiale testato con un filetto di vite) e (ii) un allegato di vite isolato dall’ambiente di corrosione, vedere la Figura 6. L’elettrodo deve essere sufficientemente isolato da un sigillo anti-underflow.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il principio di base della prova dinamica e sia prove statiche è la valutazione delle perdite di peso dei campioni metallici in sistemi metallo-corrosione ambientale (carburante) a seconda del tempo fino a quando lo stato stazionario è raggiunto (cioè, senza ulteriore perdita di peso si verifica). La velocità di corrosione del metallo nell’ambiente di corrosione è calcolata dalla perdita di peso e l’ora. Il vantaggio del test statico corrosione a lungo termine (passaggio 1…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata finanziata dal supporto istituzionale per lo sviluppo a lungo termine concettuale dell’organizzazione di ricerca (numero di registrazione CZ60461373) fornito dal Ministero della pubblica istruzione, gioventù e sport, Repubblica Ceca, programma operativo Praga – competitività (CZ.2.16/3.1.00/24501) e “Programma nazionale di sostenibilità” del programma (NPU ho LO1613) MSMT-43760/2015).
Materials
| sulfuric acid | Penta s.r.o., Czech Republic | 20450-11000 | p.a. 96 % CAS: 7664-93-9 http://www.pentachemicals.eu/ |
| acetic acid | Penta s.r.o., Czech Republic | 20000-11000 | p.a. 99 % CAS: 64-19-7 http://www.pentachemicals.eu/ |
| sodium sulphate anhydrous | Penta s.r.o., Czech Republic | 25770-31000 | p.a. 99,9 % CAS: 7757-82-6 http://www.pentachemicals.eu/ |
| sodium chlorate | Penta s.r.o., Czech Republic | p.a. 99,9 % CAS: 7681-52-9 http://www.pentachemicals.eu/ |
|
| demineralized water | – | ||
| ethanol | Penta s.r.o., Czech Republic | 71250-11000 | p.a. 99 % CAS: 64-17-5 http://www.pentachemicals.eu/ |
| gasoline fractions | Ceská rafinerská a.s., Kralupy nad Vltavou, Czech Republic | in compliance with EN 228 (57.4 vol. % of saturated hydrocarbons, 13.9 vol. % of olefins, 28.7 vol. % of aromatic hydrocarbons, and 1 mg/kg of sulfur) | |
| Aceton | Penta s.r.o., Czech Republic | pure 99 % | |
| Toluen | Penta s.r.o., Czech Republic | pure 99 % | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Potenciostat/Galvanostat/ZRA | |||
| Reference 600 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| 1250 Frequency Response Analyser | Solarthrone | ||
| SI 1287 Elecrtochemical Interference | Solarthrone | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| Framework 5.68 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| Echem Analyst 5.68 | Gamry Instruments, USA | https://www.gamry.com/ | |
| Corrware 2.5b | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| CView 2.5b | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| Zview 3.2c | Scribner | http://www.scribner.com/ | |
| MS Excel 365 | Microsoft | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Grinder | |||
| Kompak 1031 | MTH (Materials Testing Hrazdil) |
References
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