Спросить
Войти
Литература
-□ □Дослiджено процеси корози cmaMi у водному середовищi. Визначено значення ступеню захисту eid корози в залежностi eid концентрацп iнгiбiторiв при рЬних умовах аераци. Проведено порiвняння ефективностi розроблених фосфатних iнгiбiторiв
Ключовi слова: iнгiбiтор, корозiя,
стутнь захисту вiд корозп
Исследованы процессы коррозии стали в водной среде. Определены значения степени защиты от коррозии в зависимости от концентрации ингибиторов при разных условиях аэрации. Проведено сравнение эффективности разработанных фосфатных ингибиторов
The processes of steel corrosion in the aquatic environment were studied. The values of the level of protection from corrosion depending on the concentration of inhibitor at different conditions of aeration were established. A comparison of the efficiency of the developed phosphate inhibitors was carried out
protection from corrosion -□ □УДК 547.118: 547.438: 627.257
ПОР1ВНЯННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ФОСФАТНИХ 1НГ1Б1ТОР1В КОРОЗИ СТАЛ1 У ВОДОПРОВ1ДН1Й ВОД1
А.Т. Тамазашв^л^
Астрант*
Контактний тел.: 097-951-10-87 E-mail: tamazashvili@gmail.com
Ю. I. М аз н а
Студентка* Контактний тел.: 063-723-48-01 E-mail: yulya_maznaya@mail.ru
Л.В. Ci ре н ко
Кандидат техшчних наук *Кафедра екологи та технологи рослинних
полiмерiв
Нацюнальний техычний уыверситет УкраТни «Кшвський полЬехшчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056 Контактний тел.: 066-705-60-26 E-mail: l sirenko@mail.ru
Вступ
Метали та сплави на ix 0CH0Bi е основними кон-струкцшними матерiалами для машинобудування, транспорту, будiвельноi, xiмiчноi, енергетично&& та ш-ших галузей народного господарства. З них виготов-ляють найвщповщальнМ деталi та мехашзми. Але вироби з металiв пщ дiею рiзниx фiзико-xiмiчниx i
бюлопчних факторiв руйнуються або втрачають сво&& споживчi властивостi. Таке руйнування металiв п1д впливом зовнiшнього середовища отримало назву корозп металiв.
В промислово-розвинутих кра&нах збиток в1д корози металiв перевищуе 5% нацiонального продукту. Тому створення i використання iнгiбiторiв корозп вар-то розглядати як актуальну задачу.
Важливим е питання захисту металiв вгд корозп у водi та водних розчинах, оскшьки в промисловостi, комунально-побутовому господарствi та природних умовах найбшьш розповсюдженим випадком е руй-нування обладнання i конструкцiй саме у водному середовищ!
Успiшний захист металевих водопровщних труб в1д корозп е одшею з важливих задач. Корозiя металевих труб, особливо, сталевих, веде до величезно! даремно! витрати металу, скорочуе термш служби водопровщ-них лгнгй, е причиною аварiй, збшьшуе шорсткiсть вну-тршньо! поверхнi стшок труб i, отже, втрати напору в них, що пов&язане з додатковими витратами на подачу води. Таким чином, корозiя труб викликае збшьшення як будiвельних, так i експлуатацшних витрат в системах водопостачання [1] .
Не останню роль вдаграе збереження якостi i зменшення об&емiв споживання води. Напри-клад, у водоциркуляцiйних системах охолодження використовуеться до 80 % води вгд загального об&ему водоспоживання промисловост та енергетики. При застосуванш стабШзуючих i протикорозiйних добавок можливим стае перехщ в1д в1дкритих до замкнутих систем охолодження, що забезпечуе рiзке зниження антропогенного впливу на природш водойми за рахунок рiзкого зменшення об&ему спчних вод та скорочення забору природно! води.
Тому метою дано! роботи було створення нових iнгiбiторiв корозп сталi i вивчення !х ефективностi у водному середовишД при рiзних концентращях та рiзних умовах аерацп води.
Виконання дослщжень, аналiз отриманих результайв
Iнгiбування поверхнi металу на катодних i анодних дiлянках передбачае кнування певно! рiзницi потенщ-алiв мiж ними i, отже, протiкання електричного струму. Цей струм, званий корозшним, е^валентний кшькос-тi металу, що прокородував. У процем корозп потен-цiали катодних i анодних далянок не залишаються по-стiйними, спостерпаеться поляризацiя, насл1дком яко! е зближення потенцiалiв катода i анода i зменшення корозiйного струму. Досл1дження антикорозш-них властивостей iнгiбiторiв полягае в експери-ментальному вивченнi поляризацiйного опору сталевого електрода у водопровщнш водi в при-сутностi рiзних iнгiбiторiв [2].
Вимiрювання корозшно! агресивностi проводили в нерухомому середовишД (I) та при пе-ремiшуваннi магштною мiшалкою (II) при вшь-ному контакт рщини з атмосферним повггрям. Визначення швидкостi корозп та ефективност iнгiбiторiв проводили методом поляризацшно-го опору з використанням шдикатора поляри-зацiйного опору Р 5126 та двохелектродного датчика (Гз електродами iз сталi 20) в1д корозш-но-шдикаторно! установки УК-2 [3,4].
На сьогодт основнi об&еми води в промисло-востi використовуються в оборотних системах водоспоживання. Тому на першому етат важ-ливо створити iнгiбiтори корозп, яю б працюва-ли саме в динамiчних умовах (в умовах аерацп в од и).
Такими iнгiбiторами е фосфатш iнгiбiтори. В данiй роботi були синтезоват iнгiбiтори корозп сталi: диети-ламiнфосфат-кислий (ДЕАФ-К) (1) та полщиетилфос-фат-кислий (ПДЕАФ-К) (2). Цi речовини одержують взаемодiею фосфорно! кислоти i моноетаноламiну та диетаноламiну в1дпов1дно, яю е доступними i недорогими. Отримаш сполуки значно дешевшi за традицшт iнгiбiтори корозп, якi працюють при наявностi розчи-неного у водi кисню.
nHOCH2CH2NHCH2CH2NH2 н3ро4
► (-CH2CH2NCH2CH2OP(O)OH-)n
В подальшому ефективнiсть синтезованих шпбгго-рiв було перевiрено на водопровiднiй водi в рiзних умовах аерацп. Результати дослщжень приведено в табл. 1.
Як видно iз табл. 1, поляризацшний опiр i швидкiсть корозп сталi 20 залежать в1д складу води i режиму пе-ремшування. В усiх випадках в нерухомих середови-щах (I) спостерiгаються вишД значення поляризацшно-го опору, в порiвняннi з розчинами, що перемшуються (II). Так, середне значення поляризацшного опору в нерухомому середовищi становить 770 Ом, а в середо-вищД, що перемiшуеться, даний показник зменшуеться до 130 Ом. Вщповщно, швидкiсть корозп п1двищуеться при переходi в1д нерухомого середовища до серед-овища, що перемiшуеться. Це зумовлюеться меншим доступом розчиненого кисню до поверхт електродiв в статичних умовах.
Використання шпбггора ДЕАФ-К в статичних умовах не забезпечуе захист вгд корозп, коефшдент зниження швидкостi корозп який розраховували як вщношення Яр ср iнгiбованого розчину до Яр ср водо-пров1дно! води, був менше одиницi. Проте в диммГч-них умовах найвищий ступшь захисту в1д корозп (Z) досяг 77,3 % при концентрацп ДЕАФК 10 мг/дм3. При менших концентрацшх ГнгГ6Гтор працюе неефективно.
Таблиця 1
Ефективнють iнгiбiторiв корозп сталi у кшвськш водопровiднiй водi
I II I II I II
— — 770 130,7 — — — —
ДЕАФ-К 2 720 201 0,94 1,54 - 35
ПДЕАФ-К 2 857,5 711 1,11 5,44 9,9 81,6
В1домо, що юни цинку е ефективними протикоро-зшними добавками. Шар цинку запобiгае корозп за-лiза, бо цинк, хоча й бшьш активний метал, шж залiзо, вкритий оксидною пл1вкою. Катодом (позитив-ним полюсом) е залiзо, анодом (негативним полюсом) — цинк. Електрони переходять вщ цинку до залiза, де зв&язуються молекулами кисню (киснева деполя-ризацш), цинк розчиняеться, а залiзо залишаеться захищеним доти, доки не зруйнуеться весь шар цинку, що потребуе до-сить багато часу [5].
При використанш даних iнгiбiторiв в сум1ш iз сульфатом цинку вдалось досягти певного тдвищення ефективноси захисту в1д корозп (табл.2). В разi засто-сування ДЕАФ-К стутнь захисту вщ корозп пщвищив-ся як в нерухомих розчинах, так i при перемшуванш.
При сумiсному використаннi ДЕАФ-К з солями цинку найвищий стутнь захисту вщ корозп як в неаеро-ваному середовищД, так i в аерованому спостерпався при дозi 2 мг/дм3 шпбггару та 5 мг/дм3 Zn2+ i складав 63 % та 97,98 % вщповщно.
В той же час ПДЕАФ-К при використанш в ста-тичних умовах при дозi 2 мг/дм3 та 2 мг/дм3 цинку не захищае сталь вщ корозп. Проте, при збшьшенш концентрацп цинку до 5 мг/дм3 його ефектившсть суттево зростае.
тивним. Причому, щоб досягти найвищого ступеня захисту вщ корозп (Ъ = 98,35%) достатньо мтмально! концентрацп шпбиору - 2 мг/ дм3, при концентращях сульфату цинку - 5 мг/ дм3. В цих умовах пасивацшна плiвка утворюеться швидко.
По результатам замiрiв поляризацшного опору в умовах перемшування, на основi даних незалежних вибiрок, було проведено порiвняння ефективностi за-стосування чистих iнгiбiторiв та !х сумiшi з сульфатом цинку при рiзних його концентрацiях. Для того, щоб порiвняти ефективнiсть використання iнгiбiторiв, треба перевiрити нульову гшотезу про те, що середнi ви-бiрки Х (iнгiбiтор ДЕАФ-К) та вибiрки У (iнгiбiтор ПДЕАФ-К) не в1ддазняються на заданому рiвнi значу-Шостi а. Тобто приймаеться нульова гшотеза Н0: X = Y
при конкуруючiй гiпотезi Н1: X Ф У . Для перевiрки ппотези про рiвнiсть середшх значень двох вибiрок ви-бираеться статистичний критерш, що дорiвнюе рiзницi цих середнiх. За малих обсяпв вибiрок, випадкова величина статистичного критерш мае розподш Стьюден-та. Критерш дозволяе ствставити середнi двох вибiрок та виявити значушiсть вщмшностей мiж ними. Для цього за даними вибiрок розраховуеться емпiричне значення критерш ^мп, за таблицею критичних точок розподшу Стьюдента, при заданих рiвнi значушостi а та числу степешв свободи, визначаеться критична
то то
точка двосторонньо! областi. Якщо | tе
| < tкр, п | > tкр,
Таблиця 2
Ефективнiсть iнгiбiторiв корози сталi у кшвськш водопровiднiй водi при наявносп
солей цинку
нульова гiпотеза Н0 приймаеться, якщо | tl гiпотеза Н0 вщкидаеться [6].
Для розрахунку емпiричного значення статистич ного критерiю за даними вибiрок поляризацiйного опо ру послщовно обчислювались:
I II I II I II
ДЕАФ-К; Ъп2+ 10; 2 680,9 5195,2 0,88 39,7 - 97,5
ПДЕАФ-К; Ъп2+ 10; 2 680,6 1984 0,88 15,2 - 93,4
X = 1 ^ ; У = -1 ^ ;
де п1 = п2 = п - об&ем вибiрок. 2) стандартна помилка рiзни-цi вибiркових середшх:
X(х, -X)2 +Х(У, - Y)2 (п -1) ■ п
Що стосуеться аерованого середовища, то застосу-вання ПДЕАФ-К у сумМ з солями Zn2+ е дуже ефекПри заданому ршш значущос-тi а=0,05 та числу степенiв свободи п - 1=14 за таблицею критичних точок t-критерiя визначалась критична точка двосторонньо!
обласп ^р=2,145.
Результати розрахункiв представленi в таблиц 3.
Таблиця 3
Результати розрахунюв t-критерiя для порiвняння ефективностi iHri6iTopiB ДЕАФ-К i ПДЕАФ-К при рiзних концентацiях сульфату цинку
Розрахований параметр Концентращя сульфату цинку, мг/дм3
X 258,33 4509 6162
Y 523,467 2169 6844,667
CTx-y 52,15 477,696 887,8
^мп 5,083 4,899 0,77
Таким чином, аналiз результапв розрахункiв, що наведенi в табл. 3, свщчить, що при використанш шпбЬ торГв без сульфату цинку та при додаванш сульфату цинку з концентращею 2 мг/дм3, ми отримали суттевi
вгдмгнностГ мГж X г Y (емпiричне значення критерт пе-ревищуе за абсолютною величиною критичне^емп| > tкр, нульова гГпотеза вГдкидаеться Г приймаеться конкурую-ча гГпотеза Н1: X Ф У ). 1нпбГгор ПДЕАФ-К без
додавання сульфату цинку мае ефектившший стутнь захисту вгд корозп Г навпаки, при додаванш сульфату цинку з концентращею 2 мг/дм3, шибиор ДЕАФ-К ви-явився бшьш ефективним.
За вибiрками вимiрiв поляризацiйного опору , при застосуванш даних iHri6iropiB з додаванням сульфату цинку з концентращею 5 мг/дм3, |teMn| < tKp , а отже приймаеться нульова гшотеза Н0: X = Y i рiзниця мiж
eфeктивнiстю iнгiбiторiв ДЕАФ-К i ПДЕАФ-К при заданому рiвнi значущостi а = 0,05 вважаеться не сут-тевою.
Висновки
Таким чином, в результат проведено! оцiнки розро-блених фосфатних iнгiбiторiв корозп сталi було визна-чено ефектившсть розроблених iнгiбiторiв в залежносп в1д умов Тх застосування.
Було встановлено, що використання даних iнгiбiторiв в умовах аерацп води е досить ефективним. Сумкне використання запропонованих iнгiбiторiв з сульфатом цинку дозволило шдвищити стутнь захисту вщ корозп для ДЕАФ-К до 97,98 %, а для ПДЕАФ-К до 98,35 %.
Визначено, що при використанш цих шпбггорш, бшьшу ефектившсть мае ПДЕАФ-К. При додаванш до шпбгторш сульфату цинку з концентращею 2 мг/дм3 краще використовувати шпбтор ДЕАФ-К. Якщо ж концентрацш сульфату цинку складае 5 мг/дм3, то рiзниця мiж даними iнгiбiторами вважаеться не суттевою.
Лiтература
