Propriedades de inibição de corrosão do derivado de base Schiff contra aço macio em ambiente HCl complementado com investigações DFT

May 26, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8979 (2023) Citar este artigo

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Há um interesse crescente no uso de inibidores de corrosão e tratamentos de proteção para limitar a degradação do aço doce, levando ao desenvolvimento de inúmeras bases de Schiff como inibidores de ponta. Neste estudo, a eficácia de uma base de Schiff, 3-((5-mercapto-1,3,4-tiadiazol-2-il)imino)indolin-2-ona (MTIO), para prevenir a corrosão de aço leve em HCl foi investigado usando medições de perda de peso, medições de polarização potenciodinâmica, técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica e caracterização de superfície. Os resultados experimentais mostraram que 0,5 mM MTIO exibiu uma eficiência inibidora satisfatória de 96,9% a 303 K. As moléculas de MTIO adsorveram física e quimicamente na superfície do aço macio seguindo o modelo de Langmuir, formando um filme protetor compacto atribuído à presença de um anel tiazólico na estrutura MTIO. Cálculos teóricos foram combinados com técnicas experimentais para investigar o desempenho anticorrosivo e o mecanismo de inibição.

O aço macio é comumente usado para fazer componentes estruturais1, mas é particularmente propenso à corrosão ambiental2, levando a perdas econômicas significativas3. Portanto, pesquisas em andamento visam desenvolver inibidores de corrosão4,5 para aplicações industriais, especialmente nas indústrias de óleo e gás6,7,8,9. Um inibidor eficiente requer um anel heterocíclico e/ou heteroátomos como nitrogênio, oxigênio, enxofre e sistemas pi para se coordenar com o orbital d do ferro e formar ligações de coordenação10,11,12. Os inibidores orgânicos são ambientalmente seguros e apresentam boas características anticorrosivas13,14,15. O tiadiazol aromático, contendo heteroátomos de enxofre e nitrogênio, junto com a isatina, que contém oxigênio e nitrogênio, atuam como doadores de elétrons. Pesquisas anteriores relataram que 0,01 M de 2-amino-5-mercapto-1,3,4-tiadiazol alcançou 99% de eficiência de inibição para corrosão de aço leve em 1 M de HCl16. Al-Amiery et al. investigou a proteção contra corrosão de uma nova base de Schiff, 5,5'-((1Z,1'Z)-(1,4-fenilenobis(metanililideno))bis(azanililideno))bis(1,3,4-tiadiazol-2 -tiol) (PBB), contendo uma ligação imina e um anel fenil, e alcançou 95,16% de eficiência de inibição para o aço doce em solução de HCl 1 M17. A comparação dos dois estudos revela que as estruturas químicas dos inibidores utilizados em ambos os estudos contêm tiadiazol, mas a adição de uma ligação imina e um anel fenil no PBB resultou em eficiência de inibição ligeiramente inferior à obtida com 2-amino-5-mercapto- 1,3,4-tiadiazol. O comportamento anticorrosivo foi avaliado, mas ainda não está claro quais substituintes contribuem mais para a inibição da corrosão. A pesquisa experimental é cara e demorada, portanto, abordagens teóricas, atualmente apoiadas por software e tecnologia suficientes, foram adotadas para superar esses problemas. A capacidade de uma partícula de prevenir a corrosão depende de sua distribuição de carga, que pode ser determinada com precisão por meio de pesquisas teóricas, pois o local de adsorção durante a inibição da corrosão pode ser previsto por meio da aplicação de simulações químicas quânticas18. Questões relativas aos resultados analíticos relacionados às interações de compostos naturais com superfícies metálicas podem ser respondidas usando cálculos de química quântica19. A teoria funcional da densidade (DFT) pode ser usada para fornecer uma descrição completa do comportamento do inibidor em relação à sua orientação e estrutura, bem como a forma como o inibidor adsorve à superfície do metal20. Por exemplo, Hadisaputra et al. usou DFT para prever a eficácia de cumarinas e cafeína como compostos metálicos anticorrosivos21. O grau em que os inibidores de corrosão orgânicos interagem com as superfícies metálicas depende dos locais doadores e de retirada de elétrons, bem como da posição22.

Há muita pesquisa sobre compostos anticorrosivos de aço doce em ambientes corrosivos13, como compostos orgânicos com porções estruturais, incluindo tetrazóis, imidazóis, triazóis, quinolonas, piridinas, bases de Schiff, sais de amônio quaternário e bases de Mannich23,24,25,26,27, 28,29,30. Uma classe particularmente significativa de inibidores de corrosão utilizados no ambiente ácido altamente concentrado são as bases de Schiff feitas de tiadiazóis e aldeídos31,32. A produção de uma barreira protetora em uma superfície de aço é significativamente influenciada pela base de Schiff produzida a partir de moléculas de tiadiazol. Embora numerosos estudos de inibidores de corrosão para aço doce tenham sido publicados, a maioria é realizada em ambientes ácidos fortes, como ácido clorídrico, ácido sulfúrico e ácido fosfórico33,34. Ao estabelecer um revestimento protetor, tornando-se adsorvido ou produzindo um composto insolúvel na superfície do aço, o inibidor bloqueia o sítio ativo para evitar a corrosão35, de modo que a eficiência do inibidor é influenciada pela estrutura do inibidor. A adsorção do inibidor à superfície do aço é determinada pela presença de átomos de fósforo, enxofre, oxigênio e nitrogênio, bem como de elétrons pi (ligações duplas)36. Correlações simplificadas entre parâmetros eletrônicos moleculares e eficiências de inibição de corrosão são frequentemente avaliadas. Em muitos estudos, foi encontrada uma relação entre esses parâmetros eletrônicos e as eficiências de inibição de corrosão de um inibidor de corrosão orgânico. Mas alguns pesquisadores têm uma opinião diferente dependendo dos resultados de suas pesquisas, onde 12 vários parâmetros eletrônicos moleculares foram examinados e nenhum dos parâmetros testados mostrou qualquer associação significativa com o desempenho da proteção. As correlações observadas entre essas características e o desempenho inibitório, estabelecidas apenas para alguns compostos e amplamente divulgadas nas publicações, são assim questionadas por seus achados37.