Исследование производных гидрохинона и 1,4-бензохинона как ингибиторов коррозии, наводороживания стали и биоцидов на среде с сульфатредуцирующими бактериями - Автореферат

Экономический и экологический ущерб, наносимый коррозией громаден. Считают, что половина коррозионных разрушений связана с деятельностью МО, а ежегодные потери от биоповреждений ряда промышленных развитых стран оценивают в 106…107 $. микробный коррозия гидрохинон сталь «Сульфидное растрескивание», как был назван этот феномен, есть частный случай водородного растрескивания, вызываемого абсорбированным сталью водородом, выделяющимся на микрокатодах коррозионных элементов, и действующим в стали внутренними и внешне приложенными напряжениями и деформациями. Проведена дифференцированная оценка действия трех рядов ОС: гидрохинона, галоген-1,4-бензохинона и фенил-1,4-бензохинона как Ин коррозии и наводороживания стали Ст3 в среде с анаэробной (Desulfovibrio) сульфатредукцией и как бактерицидов на СРБ; показаны зависимости ингибирующих коррозию и наводороживание эффектов данных соединений от их концентрации в коррозионной среде; установлено влияние строения исследованных молекул на эффективность ингибирования коррозии и наводороживания. На основании квантовохимических расчетов молекул производных гидрохинона, галоген-1,4-бензохинона и фенил-1,4-бензохинона (с использованием неэмпирического метода - RHF и полуэмпирического - MNDO) получена корреляция параметров электронной структуры соединений с ингибирующими коррозию и наводороживание действием веществ на СРБ.Длительность экспозиции образцов в среде 120 ч, что соответствует жизненному циклу популяции СРБ рода Desulfovibrio в ограниченном замкнутом объеме среды. Во время экспозиции образцов (каждые 24 ч) контролировали параметры коррозионной среды: бактериальный титр N (БТ), СРБ, концентрацию биогенного H2S, PH и редокс-потенциал (Е) среды, электродный потенциал ? стали. К завершению экспозиции в присутствии ОС6-ОС11 и ОС12-ОС17 наблюдается аналогичный характер изменения содержания H2S в среде, к окончанию экспозиции концентрация этого метаболита в среде составляет 87…113 мг·л-1 и 118…133 мг·л-1. В присутствии производных гидрохинона, галоген-1,4-бензохинона и фенил-1,4-бензохинона наблюдали более интенсивное снижение PH вследствие подавления ими метаболических процессов в клетках СРБ (уменьшение продукции ими H2S и органических кислот) и токсичности H2S при уменьшении защелачивания среды клетками СРБ вблизи катода при разряде H3O локальных коррозионных элементов на поверхности металла. Производные галоген-1,4-бензохинона и фенил-1,4-бензохинона более интенсивно изменяют Е среды, что выражается в более сильном смещении Е в область отрицательных значений на 3-4-е сутки экспозиции до-192…-111 МВ для галоген-1,4-бензохинонов и-183…-102 МВ для фенил-1,4-бензохинонов с достижением-220 МВ и-225 МВ к окончанию экспозиции.Обнаружена связь между численностью клеток СРБ, количеством продуцируемого ими сероводорода и скоростью коррозии стали при введении в водно-солевую среду, инокулированную СРБ, производных гидрохинона и 1,4-бензохинона. Большей ингибирующей способностью обладают производные 1,4-бензохинона (Zk= 15…99% для подкласса фенил-1,4-бензохинона и Zk= 9…92% для подкласса галоген-1,4-бензохинона), для производных гидрохинона (Zk= 22…84%) . Обнаружено уменьшение количества абсорбированного сталью в процессе ее электрохимической коррозии водорода при уменьшении скорости коррозии, а также уменьшении бактериального титра СРБ. Наибольшую эффективность ингибирующего наводороживание действия проявляют производные гидрохинона (Zh= 21…72%), в меньшей степени - производные 1,4-бензохинона - Zh= 3…33% и Zh= 2…32% . Установлено уменьшение бактериального титра при введении в коррозионную среду органических соединений выше указанных, физико-химические свойства ингибированной коррозионной среды (содержание биогенного H2S, PH и редокс-потенциал) согласуются с биоцидной активностью соединений.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Белоглазов С.М., Брюханов В.В., Терюшева С.А. Коррозия стали в водно-солевой среде с СРБ и ее подавление ингибиторами-биоцидами // Тр. IV междунар. науч. конф. «Инновации в науке и образовании - 2006». - Калининград. - 2006. - С. 296-299.

2. Терюшева С.А., Белоглазов С.М. Ингибиторы наводороживания стали Ст3 в условиях микробиологической коррозии // Тр. V междунар. науч. конф. «Инновации в науке и образовании-2007». - Калининград. - 2007.- С. 313-316.

3. Терюшева С.А., Белоглазов С.М. Защита стали от коррозии и наводороживания в средах с СРБ // Мат. 6-ой междунар. конф. «Управление безопасностью мореплавания и подготовка морских специалистов SSN" 2007». - Калининград. - 2007.- С. 154-157.

4. Терюшева С.А., Белоглазов С.М. Ингибиторы-биоциды для защиты стали от коррозии в водно-солевой среде с СРБ // Известия КГТУ. - Калининград.- 2007. - № 11. - С. 262-267.

5. Пат. 2338008 Российская Федерация, МПК С23F 11/12. Способ защиты стали от коррозии и наводороживания в средах, содержащих сульфатредуцирующие бактерии / С.М. Белоглазов, С.А. Терюшева; ФГОУ ВПО РГУ им. И. Канта. - № 2007113404/02; заявл. 10.04.07; опубл. 10.11.08. - 9 с.

6. Терюшева С.А., Белоглазов Г.С., Белоглазов С.М. Квантово-химическое исследование ингибиторов коррозии и наводороживания стали в средах, содержащих сульфатредуцирующие бактерии // Тр. VI юбил. междунар. науч. конф. «Инновации в науке и образовании-2008». - Калининград. - 2008. - С. 258-260.

7. Терюшева С.А., Белоглазов С.М. Исследование микробиологической коррозии и наводороживания конструкционной стали в присутствии некоторых органических веществ // Мат. 9-ой межвуз. науч.-техн. конф. «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров». - Калининград. - 2009. - С. 135-139.

8. Терюшева С.А., Белоглазов С.М. Влияние накопительной культуры DESULFOVIBRIO DESULFURICANS на коррозию и наводороживание мягкой стали и ее защита биоцидами // «Научно-технические разработки проблем рыбопромыслового флота и подготовка кадров». Мат. 11-ой межвуз. науч.-техн. конф. аспирантов, соискателей и докторантов. 21-27 октября 2010. - Калининград. - 2011. - С. 93-95.

Статьи в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Терюшева С.А., Белоглазов С.М., Белоглазов Г.С. 1,4-гидрохиноны как ингибиторы коррозии и наводороживания конструкционной стали в средах с сульфатредуцирующими бактериями // Практика противокоррозионной защиты. - М.: - 2008. - № 4 (50). - С. 60-65.

Размещено на .ru

1. Обнаружена связь между численностью клеток СРБ, количеством продуцируемого ими сероводорода и скоростью коррозии стали при введении в водно-солевую среду, инокулированную СРБ, производных гидрохинона и 1,4-бензохинона. Большей ингибирующей способностью обладают производные 1,4-бензохинона (Zk= 15…99% для подкласса фенил-1,4-бензохинона и Zk= 9…92% для подкласса галоген-1,4-бензохинона), для производных гидрохинона (Zk= 22…84%) .

2. Обнаружено уменьшение количества абсорбированного сталью в процессе ее электрохимической коррозии водорода при уменьшении скорости коррозии, а также уменьшении бактериального титра СРБ. Наибольшую эффективность ингибирующего наводороживание действия проявляют производные гидрохинона (Zh= 21…72%), в меньшей степени - производные 1,4-бензохинона - Zh= 3…33% и Zh= 2…32% .

3. Установлено уменьшение бактериального титра при введении в коррозионную среду органических соединений выше указанных, физико-химические свойства ингибированной коррозионной среды (содержание биогенного H2S, PH и редокс-потенциал) согласуются с биоцидной активностью соединений. Биоцидная активность внутри исследованных рядов гомологических соединений значительно отличается (n= 23…84% - ОС1-ОС5; n= 29…85% - ОС6-ОС11 и n= 35…83% - ОС12-ОС17) и (S= 25…57% - ОС1-ОС5; S= 23…57% - ОС6-ОС11 и S= 16…49% - ОС12-ОС17).

4. Роль центров адсорбции молекул ОС1-ОС5 на поверхности корродирующего железа выполняют ароматические системы, которые ориентируются параллельно поверхности железа за счет взаимодействия электронов всех двойных связей с атомами Fe поверхности, а также нами допускается диссоциативная адсорбция, создающая возможность образования поверхностных ?-комплексов. В молекулах OC6-ОС17, адсорбционно-активным атомом является поляризованный атом кислорода двух С=О групп, со значительным отрицательным зарядом, способствующим возникновению локализованной донорно-акцепторной связи между кислородом этих групп и вакансиями d-зоны Fe.

Ингибирующее наводороживание стали действие в процессе коррозии производными гидрохинона связано с образованием адсорбционного слоя органических соединений на поверхности металла, затрудняющего разряд ионов водорода. Связь молекул производных 1,4-бензохинона с поверхностью железного электрода осуществляется через атом кислорода.

5. Согласно рассчитанным коэффициентам корреляции между величинами Е(ВЗМО), Е(НСМО) оптимизированных молекул производных гидрохинона (по методу RHF) и защитными эффектами при коррозии Zk= 82…98% (Е(ВЗМО)), Zk= 85…99% (Е(НСМО)) и наводороживании стали Zh= 83…87% (Е(ВЗМО)), Zh= 86…92% (Е(НСМО)) в явном виде не проявляются ни донорные, ни акцепторные свойства.

Расчеты величин ?Е= Е(НСМО)-Е(ВЗМО) хорошо коррелируют с защитным действием производных гидрохинона при коррозии и наводороживании стали, что одновременно также указывает на донорно-акцепторные и диэлектрические свойства молекул.

6. Достаточно высокие отрицательные значения коэффициентов корреляции rz и rh между суммой заряда бензольного кольца С6 и защитными эффектами при коррозии Zk и наводороживании Zh стали производными гидрохинона указывают на роль ?-бензольной системы кольца, обладающей повышенной отрицательной электронной плотностью и выполняющей роль активного центра.

Коэффициенты корреляции между величинами локальной полярности связи ?Q(OH) молекул производных гидрохинона и их защитными эффектами при коррозии и наводороживании указывают на полярность связи OH в их молекулах, характеризуемой значительным переносом ?-электронной плотности с кислорода на бензольное ядро и стабилизацией анионного центра, образующегося на атоме кислорода при диссоциации данных органических соединений.

7. Расчеты величин Е(НСМО) хорошо коррелируют с защитным действием оптимизированных молекул производных фенил-1,4-бензохинона (по методу MNDO) при наводороживании стали 71…78% , что напрямую характеризует их акцепторные свойства при взаимодействии с поверхностью стали, а также способность к восстановительным реакциям.

Корреляция между рассчитанными величинами дипольного момента ? производных фенил-1,4-бензохинона с их защитным действием при коррозии и наводороживании стали характеризует полярность молекул.