Development of Functionalized Graphene Oxide Based Corrosion Inhibitors for Oil Field Applications

Development of Functionalized Graphene Oxide Based Corrosion Inhibitors for Oil Field Applications. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
PhD_Thesis_Report-UPDATED-3.pdf
Restricted to Repository staff only until 25 August 2022.

Download (14MB)

Arabic Abstract

في هذه الدراسة، تم تصنيع سلسلة من المركبات الوظيفية القائمة على أكسيد الجرافين مع الكربوكسيلات والأمينات والهيدروكسيل وغيرها من مجاميع وظيفية تم ربطها على أسطح الجرافين النانوية. تم وصف المركبات الوظيفية القائمة على الجرافين باستخدام تقنيات مختلفة بما في ذلك تقنيات جهاز طيف الأشعة تحت الحمراء وجهاز مطيافية رامان وجهاز التحليل الوزني الحراري وجهاز انتقال المجهر الإلكتروني. تم فحص المواد لاستخدامها كمثبطات لتآكل الفولاذ الكربوني في البيئات المسببة للتآكل في مجال النفط (في البيئة الحامضية وفي وجود ثاني أكسيد الكربون المشبع كلوريد الصوديوم) باستخدام تقنيات فقدان الوزن، والتقنيات التجريبية الكهروكيميائية جنبًا إلى جنب مع تقنيات التحليل السطحي مثل المجهر الإلكتروني الماسح ومجهر القوة الذرية والأشعة السينية الضوئية الطيفي. تمت دراسة تأثير التركيز ودرجة الحرارة والوقت على أداء المثبط في هذه الدراسة. تم استخدام جهاز رامان المعزز السطحي باستخدام جزيئات الفضة النانوية لفحص سلوك الامتزاز والامتصاص لبعض المركبات المدروسة مع التركيز. كما تم استخدام الأدوات الحسابية لتقدير الاستقرار النسبي لأكسيد الجرافين والمجموعات الوظيفية على أسطحه. ولزيادة فهم طبيعة تفاعلات المثبطات مع سطح الفولاذ وذلك لاكتساب مزيد من الفهم العلمي في آلية الامتزاز للمركبات المدروسة على سطح الفولاذ. أظهرت جميع المركبات المدروسة كفاءة ممتازة في جميع درجات الحرارة المدروسة ووقت الغمر. عملت معظم المركبات كمثبطات من النوع المختلط، وفقًا لقياس الاستقطاب الديناميكي الفعال. لوحظ أن المركبات المدروسة تخضع لدرجة حرارة امتصاص نموذج لانجمير. أكدت الفحوصات /التوصيفية العملية لسطح الفولاذ بعد 24 ساعة من الغمر في المحاليل الفارغة والمثبطة وجود امتزاز المركبات على سطح الفولاذ، وتشكيل طبقات واقية تحمي سطح الفولاذ من الايونات والوسائط المسببة للتآكل. أظهرت نتائج التحليل الوزني الحراري الاستقرار الحراري لأكسيد الجرافين عند درجات حرارة عالية. كما أظهرت نتائج مطيافية الرامان ارتباطًا ممتازًا بفقدان الوزن ونتائج الدراسات الكهروكيميائية. تشير نتائج التحليل الحسابي إلى أن الجزيئات يتم امتصاصها على سطح الفولاذ بشكل كبير عن طريق التفاعل بين السطح الصلب والحلقات الوظيفية للجرافين. تؤكد النتائج التي تم الحصول عليها من الدراسة التجريبية، ان للجرافين كفاءة جيدة في حما

English Abstract

In this study we have synthesized a series of functionalized graphene oxide-based composites with carboxylates, amines, hydroxyls, etc. attached to graphene nanosheets. The proposed functionalized graphene-based composites were characterized using different techniques including FTIR, Raman, TGA, and TEM techniques. The materials were investigated for use as corrosion inhibitors for carbon steel corrosion in oil field (Acidizing & CO2 saturated NaCl) corrosive environments using the weight loss (gravimetric), electrochemical experimental techniques combined with surface analytical techniques such as FTIR, SEM, AFM and XPS. The effect of concentration, temperature and time on the performance of the inhibitor was investigated in this study. Surface enhanced Raman scattering (SERS) using silver nanoparticles was also utilized to investigate the adsorption and adsorption behaviour of some of the studied compounds with concentration. And computational tools were utilized to estimate the relative stability of functionalized GOs to GO and to further understand the nature of the inhibitors interactions with the steel surface so as to gain more insight into the adsorption mechanism of the studied compounds onto the steel surface. All the studied compounds showed excellent efficiency at all the studied temperatures and immersion time. Most of the compounds acted as mixed-type inhibitors, according to the PDP measurement. The studied compounds were observed to obey the Langmuir adsorption isotherm. SEM/EDS, AFM, FTIR and XPS examinations of the steel surface after 24 hours’ immersion in the blank and inhibited solutions confirmed the adsorption of the compounds to the steel surface, forming protective layers that protected the steel surface from the corrosive media aggressive attack. The TGA analysis reveals the functionalized GOs to exhibit a greater stability than GO. SERS intensity showed excellent correlation with the weight loss and electrochemical results. Results from computational analysis indicates that the molecules get adsorbed to the steel surface majorly via an interaction between the steel surface and aromatic rings of the GO moiety. The theoretical results affirm the results obtained from the experimental study, especially the TGA, TEM and PDP results. Because the GO was made from waste graphite powder, this research is important in addressing two major environmental issues: corrosion and waste disposal.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Chemistry
Environmental
Petroleum
Petroleum > Well Performance and Optimization
Department: College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor: Saleh, Tawfik Abdo
Committee Members: Al-Saadi, Abdulaziz Abdulrahman and Ali, Shaikh Asrof and Khaled, Mazen and Ime, Obot Bassey
Depositing User: KABIRU HARUNA (g201303050)
Date Deposited: 25 May 2022 11:05
Last Modified: 25 May 2022 11:05
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142123