Mechanistic Investigations of the Corrosion Inhibition of Eco-Friendly Polymers of Mild Steel in 3% NaCl. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Mechanistic Investigations of the Corrosion Inhibition of Eco-Friendly Polymers of Mild Steel in 3% NaCl)
Aasem_PhD_Dissertation_-_Final.pdf - Accepted Version Download (9MB) | Preview |
Arabic Abstract
يعتبر التآكل واحداً من أهم المشاكل الصناعية التي تسبب خسارةً ماديةً وإنتاجيةً معتبرةً سنوياً، واستخدمت العديد من التقنيات والوسائل لعلاج هذه الظاهرة كمثل استخدام مانعات التآكل، الحماية الكاثودية، واستخدام الطلاء. تعتبر المواد الكيميائية مانعات التآكل واحدةً من أهم وأنجح الطرق المستخدمة في علاج التآكل في تطبيقات مختلفة، وهناك طلب متزايد لاستخدام مواد كيميائية مانعة للتآكل صديقة للبيئة حيث أن أغلب المواد المستخدمة حالياً لها آثار جانبية ضارة إما على البيئة أو الصحة. وبناءً على ذلك فقد قمنا بدراسة وتحليل نوعين من البوليمرات وتقييم أدائهم وسلوكهم وآليتهم في منع التآكل في محلول 3% من كلوريد الصوديوم مع إدخال الهواء على معدن الحديد اللين (mild steel). تم دراسة آلية منع التآكل لبوليمير (Poly aspartic acid – PASP) كبوليمير صديق للبيئة على الحديد في محلول 3% من كلوريد الصوديوم باستخدام تقنيات كيميائية كهربائية، ثرموديناميكية، مجهرية وطرق كيميائية حسابية. أثبتت نتائج الدراسة الكيميائية الكهربائية بأن هذا البوليمير له قدرة على منع تآكل الحديد تصل إلى 61% عند جرعة 2 غ/لتر من خلال تشكيل طبقة عازلة ممتصة على سطح المعدن، كما لوحظ أن إضافة أيونات الزنك إلى المحلول تزيد من كفاءة منع التآكل لتصل إلى 97% عند جرعة 0.5 غ/لتر من خلال آلية التأثير التعاوني لكلا المادتين. واستطاعت صور الطرق المجهرية مثل المجهر الإلكتروني الماسح (scanning electron microscope) ومجهر القوة الذرية (atomic force microscopy) إثبات وجود طبقة من البوليمير مانع التآكل (PASP) على سطح المعدن كنوع من إثبات آليته. وأخيراً قمنا باستخدام الطرق الكيمائية الحسابية والمحاكاة من نوع (Monte Carlo) والتي قدمت تفاصيل جزيئية عميقة على ميكانيكية وآلية الامتصاص للبوليمير على سطح المعدن وإثبات قابلية هذا البوليمير للعمل كمادة مانعة للتآكل مما يتوافق مع النتائج المقدمة من الجزء الاختبارات المخبرية. تم دراسة آلية منع التآكل لبوليمير (Poly epoxysuccinic acid – PESA) كبوليمير صديق للبيئة على الحديد في محلول 3% من كلوريد الصوديوم باستخدام تقنيات كيميائية كهربائية، ثرموديناميكية، مجهرية وطرق كيميائية حسابية. أثبتت نتائج الدراسة الكيميائية الكهربائية بأن هذا البوليمير له قدرة على منع تآكل الحديد تصل إلى 60.6% عند جرعة 2 غ/لتر من خلال تشكيل طبقة عازلة ممتصة على سطح المعدن، كما لوحظ أن إضافة أيونات الزنك بتركيز 2مغ/ لتر إلى المحلول تزيد من كفاءة منع التآكل لتصل إلى 92.2% عند جرعة 0.5 غ/لتر من خلال آلية التأثير التعاوني لكلا المادتين. واستطاعت صور الطرق المجهرية مثل المجهر الإلكتروني الماسح (scanning electron microscope) ومجهر القوة الذرية (atomic force microscopy) إثبات وجود طبقة من البوليمير مانع التآكل (PESA) على سطح المعدن كنوع من إثبات آليته. وأخيراً قمنا باستخدام الطرق الكيمائية الحسابية والمحاكاة من نوع (Monte Carlo) والتي قدمت تفاصيل جزيئية عميقة على ميكانيكية وآلية الامتصاص للبوليمير على سطح المعدن وإثبات قابلية هذا البوليمير للعمل كمادة مانعة للتآكل مما يتوافق مع النتائج المقدمة من الجزء الاختبارات المخبرية.
English Abstract
Corrosion is a major industrial problem causing dramatical financial and production losses annually. A wide range of methods were utilized in corrosion mitigation such as using corrosion inhibitors, cathodic protection, and coatings. Corrosion inhibitors are considered one of the most efficient mitigation methods for corrosion at different applications. There is an increased demand for using eco-friendly inhibitors because most of the currently used inhibitors are causing negative environmental or health impacts. Therefore, two eco-friendly polymers were investigated for their corrosion inhibition behavior and mechanism in aerated 3% NaCl for mild steel. Corrosion inhibition mechanism of Polyaspartic acid (PASP) as eco-friendly polymer on mild steel (MS) in aerated 3% NaCl media was investigated utilizing electrochemical, thermodynamic, microscopic and computational chemistry techniques. Electrochemical results confirm moderate inhibition efficiency of PASP reaching 61% at 2.0 g/L by forming an adsorption layer on the metal surface. Zinc ion addition enhanced the efficiency to 97% at 0.5 g/L of PASP through a synergistic effect mechanism. Atomic force microscopy (AFM) and Scanning electronic microscopy (SEM) micrographs revealed the morphology of adsorption layer which indicate anodic inhibition mechanism of PASP. Quantum calculation and Monte Carlo simulation provided molecular level insights into the adsorption points in PASP structure showing HOMO and LUMO orbitals can donate or accept electron from the steel surface. The outputs of this study helped in understanding the inhibitive mechanism of PASP on steel surface which were consistent with the experimental findings. Corrosion inhibition mechanism of Polyepoxy succinic acid (PESA) as eco-friendly polymer having COOH functional groups on mild steel in aerated 3% NaCl solution was investigated utilizing electrochemical, thermodynamic, microscopic and computational chemistry techniques. Electrochemical results confirm moderate inhibition efficiency of PESA reaching 60.6% at 2.0 g/L by forming an adsorption layer on the metal surface. Zinc ions addition at 2 mg/l to the solution had enhanced the efficiency to 92.2% at 2.0 g/L of PESA through a synergistic effect mechanism. Scanning electronic microscopy (SEM) and Atomic force microscopy (AFM) micrographs revealed the morphology of adsorption layer indicates anodic inhibition mechanism of PESA with remarkably high binding energy. Quantum calculation and Monte Carlo simulation provided molecular level insights into the adsorption area of carboxylic groups in PESA through showing HOMO and LUMO orbitals can donate or accept electron from the d-orbitals in mild steel surface. The outputs showed that COOH groups are functioning efficiently in the inhibitive mechanism of PESA on steel surface with a high bonding energy, which is consistent with the experimental findings.
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Subjects: | Chemistry |
| Department: | College of Chemicals and Materials > Chemistry |
| Committee Advisor: | khaled, mazen |
| Committee Members: | Abulkibash, Abdullah and El Ali, Bassam and Chanbasha, Basheer and Alhooshani, Khalid |
| Depositing User: | AASEM NOUR ZEINO (g200805080) |
| Date Deposited: | 01 Feb 2018 08:08 |
| Last Modified: | 31 Dec 2020 08:15 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140627 |