Development of a Submicron/Nano Carbon Composite Coating from Industrial Waste for Application on Steel and Concrete Structures

Development of a Submicron/Nano Carbon Composite Coating from Industrial Waste for Application on Steel and Concrete Structures. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (PhD Thesis)
PhD Thesis_Shaik Inayath Basha 2022.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 18 May 2023.

Download (10MB)

Arabic Abstract

الوقود لزيت الكامل غير الاحتراق عن ناتجة صناعية نفايات مادة وهو ، ) (HFOAالثقيل الوقود زيت رماد تحويل تم بالتحلل HFOAتحلل تم .للتآكل المضادة خصائصه تقييم وتم مضافة قيمة ذي منتج إلى الكهرباء توليد محطة في الثقيل تحت HFOAكربون تمييز تم .نانو / الميكرون دون كربون لتحضير عالية بطاقة الكرات لطحن وتعريضها الحراري انبعاث لمسح الإلكتروني المجهر باستخدام الكيميائي وتكوينه وبنيته مورفولوجيته لتحديد المطور النانو / الميكرون الطيفي والتحليل للطاقة المشتت السينية الأشعة ومطياف السينية الأشعة انعراج ومقياس الطيفي رامان ومجهر الحقل التكلفة منخفض مركب طلاء لتطوير النانو / الميكرون تحت HFOAكربون استخدام تم .السينية للأشعة الضوئي الطيفي التحليل باستخدام التآكل من الطري الفولاذ حماية في المطور المركب الطلاء أداء فحص تم .للتآكل ومقاوم الوقائي الأداء فحص تم ، ذلك على علاوة .الملح ورش الفعال الديناميكي الاستقطاب وتقنيات الكهروكيميائية للمقاومة والحمض للكلوريد التعرض ضد الخرسانة متانة على HFOAالنانو / الميكرون دون الكربوني المركب للطلاء من يتضح كما ، المطورة المركبة للطلاءات التآكل لمقاومة أفضل أداء إلى الكهروكيميائية النتائج تشير .والكبريتات مادة من ٪ 1.0و 0.5عند ٪ 98و 92بنسبة التآكل مقاومة وكفاءة ٪ 146و 63بنسبة الطلاء مقاومة تعزيز كان ، ذلك على علاوة .الأنيق الايبوكسي مع مقارنة ، التوالي على ، الكربون محتوى .نانو / الهيدروفلوروكربون دون الكربون لجزيئات المنتظم التوزيع أدى .الأنيق الايبوكسي طلاء التصاق من أفضل HFOAمركب طلاء التصاق ضد كحاجز العمل وبالتالي ، المركب الطلاء كثافة تحسين إلى الايبوكسي راتنجات في HFOAالنانو / الميكرون .المطور للطلاء التآكل مقاومة تحسين ، وبالتالي ؛ والأكسجين والرطوبة الكلوريد انتشار مقاومة عزز الخرسانة سطح على )٪ HFOA (EC 0.25 - EC 1.0المركب الطلاء أن التجريبية البيانات من وجد على ٪ 4-67بنسبة .الخرسانية بالركيزة الطلاء التصاق تحسين تم بينما ، ٪ 13-66نطاق في الكلوريد أيون اختراق الطلاء أداء من أفضل كان للحمض المعرضة المركبة الطلاءات أداء أن كما .الأنيقة الإيبوكسي بطبقة مقارنة ، التوالي دون الكربون لجزيئات الفعال الحاجز خصائص إلى المركبة للطلاءات المتفوق الأداء يُعزى .الأنيق الإيبوكسي .الإيبوكسي مصفوفة في HFOAالنانو / الميكرون دون كربون لإنتاج HFOAاستخدام يمكن أنه وجد ، المطورة المركبة الإيبوكسي الطلاء مادة أداء نتائج على بناء على ، HFOAمن التخلص مشكلة يحل أن شأنه من والذي ، الإيبوكسي طلاء في كحشو لاستخدامه نانو / ميكرون نفايات استخدام فإن ، ذلك على علاوة .الآخر الجانب على الايبوكسي لطلاء الوقائية الخصائص ويعزز واحد جانب .وبيئية واقتصادية تقنية فوائد إلى سيؤدي ثمين كربون في بخس بثمن المتوفرة H

English Abstract

Heavy fuel oil ash (HFOA), an industrial waste material generated due to incomplete combustion of heavy fuel oil in a power plant, was used to develop a composite epoxy coating and its anticorrosion characteristics were evaluated. The HFOA was pyrolyzed and subjected to high energy ball milling to prepare submicron-/nano-carbon. The developed submicron-/nano-carbon was characterized to determine its morphology, structure, and chemical composition using Field-emission scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffractometer, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. The prepared submicron-/nano-carbon was used to develop a low cost and corrosion-resistant composite coating. The performance of the developed composite coating, in protecting mild steel against corrosion, was investigated using electrochemical impedance spectroscopy, potentiodynamic polarization and salt spray techniques. Further, the performance of the submicron-/nano-carbon composite coating in protecting concrete against chloride, acid and sulfate attack was investigated. The electrochemical results indicated better anti-corrosion performance of the developed composite coating, as was evident from the enhancement of the coating impedance by 63 and 146% and the corrosion resistance efficiency by 92 and 98% in coating with 0.5 and 1.0% of the submicron-/nano-carbon, respectively, compared to the neat epoxy coating. Moreover, the adhesion of the developed composite coating was better than that of the neat epoxy coating. The uniform distribution of the submicron-/nano-carbon particles in the epoxy resin improved the denseness of the composite coating, thereby acting as a barrier against the diffusion of chloride, moisture, and oxygen; thus, improving the corrosion resistance of the developed coating. The application of composite coatings (EC 0.25 – EC 1.0%) on the concrete surface decreased the chloride ion penetration in the range of 13-66%, while the coating adhesion to the concrete substrate increased by 4-67%, respectively, compared to that of neat epoxy coating. Also, the performance of concrete coated with the composite coating and exposed to acid was better than that of neat epoxy coating. The superior performance of the developed coating is attributed to the effective barrier properties of the submicron-/nano carbon particles in the epoxy matrix. The experimental data developed in this study indicated that HFOA can be utilized to produce submicron-/nano-carbon for use as a filler in the epoxy coating, which would solve the problem of disposal of HFOA, and also enhance the protective properties of the epoxy coating. Moreover, converting the cheap and easily available HFOA waste into valuable carbon would resulting in technical, economic, and environmental benefits.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Chemistry
Construction
Civil Engineering
Civil Engineering > Structural Engineering
Engineering
Department: College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor: Ahmad, Shamsad
Committee Members: Mohammed, Maslehuddin and Mesfer, Dr. M. Al-Zahrani and Saleh, U. Al. Dulaijan
Depositing User: SHAIK BASHA (g201407800)
Date Deposited: 19 May 2022 12:04
Last Modified: 19 May 2022 12:04
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142107