Ученые лаборатории окисления и пассивации металлов и сплавов ИФХЭ РАН завершили систематическое исследование ингибирования стали пирокатехином. Измерения проводились методом электрохимической импедансной спектроскопии. Выяснилось, что ингибирующее действие пирокатехина в основном связано с образованием прочных адсорбционных пленок на поверхности стали, которые защищают металл даже при его переносе в раствор без ингибитора. Оптимальная концентрация, обеспечивающая длительный защитный эффект, согласно результатам этих экспериментов, составляла пять граммов на литр пирокатехина.
Диаграммы Найквиста для модельных растворов с различными концентрациями ингибитора (от нулевой до 10 граммов на литр) / © Вадим Касаткин, ИФХЭ РАН
Накопление смолистого осадка продуктов окисления пирокатехина на поверхности металла в результате гомогенной реакции с кислородом не явилась существенным фактором для ингибирования.
Было проведено несколько 28-дневных экспериментов, в которых образцы выдерживались в растворах с различными концентрациями ингибитора. Периодически, с интервалом в несколько дней, ученые измеряли импеданс образца в растворе с добавлением пирокатехина. Затем образец извлекали из раствора с ингибитором и тщательно смывали скопившийся на поверхности смолистый осадок. Очищенный образец переносили в модельный раствор без ингибитора для повторного получения спектра импеданса.
«Перед нашей научной группой стояла задача – прояснить механизм защитного механизма пирокатехина при коррозии стали и оценить степень влияния двух процессов: образования на поверхности стали тонких хелатных пленок и накопления на ней смолистого осадка из-за взаимодействия пирокатехина с активным кислородом, – рассказал один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории окисления и пассивации металлов и сплавов ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Вадим Эдуардович Касаткин. – Выяснилось, что ингибирующий эффект возникает преимущественно потому, что сильно адсорбированный пирокатехин блокирует активные центры поверхности металла. Однако в требуемых концентрациях пирокатехин является токсичным. Возможности его промышленного применения для защиты железобетонных изделий требуют дополнительных исследований».
Метод электрохимического импеданса (EIS) показал себя очень удобным инструментом для исследования коррозионных процессов, поскольку сравнение спектров, снятых с образцов с защитой и образцов без ингибитора, позволяет количественно оценивать защитный эффект. При снятии спектров импеданса воздействие на систему ограничено наложением переменного электрического сигнала малой амплитуды, которое не вызывает в ней необратимых изменений. Выполняя повторные измерения спектров через определённые промежутки времени, можно следить за состоянием защищаемого металла и за стабильностью действия ингибитора.
«В нашем Институте разработана серия универсальных потенциостатов IPC, которые вместе с дополнительным блоком FRA (Frequency Response Analyzer) позволяют реализовать методики спектроскопии электрохимического импеданса, – рассказал Вадим Эдуардович. – Тесное сотрудничество с коллегами, использовавшими это оборудование для изучения разнообразных объектов, а также самостоятельные исследования нашей научной группы позволили значительно усовершенствовать приборы и устранить многие проблемы, проявляющиеся при работе с некоторыми объектами». Исследование опубликовано в International Journal of Corrosion and Scale Inhibition.
