Comportamiento de Adsorción e Inhibición de las Sales Imidazolinas en acero al carbón en soluciones saturadas con CO2 y su sinergia con tiurea.

Sistema:

Material bajo estudio: Acero al Carbono N80

Solución: Solución de 3% NaCl saturada de CO2

Condiciones del Medio: 25 ºC, PH = 4 y Presión parcial de CO2 de 1 bar.

Inhibidores aplicados: Imidazolinas con tiurea.

Imidazolinas: Inhibidor de la corrosión del acero en medio saturados de CO2

Tiurea: Inhibidor de la corrosión del acero en medios ácidos. Se comporta como inhibidor en una ventana angosta de valores de concentración, fuera de estos rangos se comporta como un acelerador de la corrosión.

Tecnica de Estudio: Electroquímicas, Impedancia.

Inhibición de la corrosión por moléculas orgánicas:

Es un hecho establecido que la acción inhibidora de moléculas orgánicas se debe a la adsorción del aditivo en la interface metal/solución lo que puede llevar a una modificación estructural en la doble capa eléctrica con la consiguiente reducción en las tasas de las reacciones tanto anódicas como catódicas. Este fenómeno de adsorción puede ocurrir por medio de la atracción electroestática entre el metal cargado y las moléculas inhibidoras cargadas (enlaces iónicos), interacción del tipo dipolo entre pares de electrones no compartidos en el inhibidor con el metal, interacción pi con el metal, y una combinación de todos los procesos arriba mencionados.

Experimento

Preparación de la muestra:

- Dimensiones del cupon- Limpieza quimica- Revestimiento empleado- Conector eléctrico- Preparación de la superficie expuesta- Preparación de la solución- Equipos empleados para la medición

Procedimiento experimental:

- Descripción de la celda- Identificación de los diferentes electrodos- Manejo del Error experimental

Resultados

Adicion de 2M2 (imidazollinas) en el sistema:

Fig 2. Graficas de Nyquist donde se muestra el comportamiento de la corrosión del metal N80 a medida que se adiciona la imidazolina (2M2) en el sistema.

Observaciones:

- En la ausencia o a muy bajas concentraciones de 2M2 se muesta una arista inductiva de baja frecuencia (semicírculo con centro en el eje real).

- A medida que la concentración de 2M2 se incrementa se observa que las graficas tienden a parecer línea oblicuas, una característica típica de la Impedancia de Warburg. Pasa de una arista inductiva a una capacitiva de baja frecuencia.

- La arista capacitiva tanto de baja como de alta frecuencia aumentan en longitud a medida que la concentración de inhibidor aumenta.

Terminos por definir:

- Nyquist Plots- Warburg Impedance: Es una indicación del control de la difusión en un proceso a

medida que las especies se transfieren a través de una película superficial o masa es transportada a través de un electrolito.

Con el fin de modelar y simular la data de impedancia se desarrollo un conjunto de circuitos equivalentes mostrados a continuación:

Fig. 3. Circuito electroquímico equivalente usado para la simulación de la data de impedancia de los electrodos de acero N80 en soluciones (a) no inhibidas (b) inhibidas y saturadas con CO 2

3% NaCl.

Se observó una buena correspondencia entre los valores de impedancia obtenidos por simulación y los valores de impedancia experimentales.

La variable de estudio fue la resistencia a la polarización Rp la cual fue determinada a partir de las graficas de Nyquist (impedancia) y mediante la técnica de polarización lineal; los resultados mostraron una buena correspondencia.

Se encontró que los valores de la resistencia a la polarización aumentaban a medida que la concentración de inhibidor aumentaba.

De los valores de resistencia a la polarización se determinó la eficiencia de inhibición mediante la siguiente ecuación:

Donde RP y Rp(inh) representan la resistencia a la polarización sin inhibición e inhibida respectivamente. Estos valores de eficiencia se observó que aumentaron a medida que aumentó la concentración de 2M2; valores máximos de 93% fueron obtenido a la concentración máxima (800 mg 1-1) de 2M2.

Curvas Potenciodinamicas:

Fig. 5. Curvas de polarización potenciodinamicas del acero N80 en una solución saturada con CO2 y 3% de NaCl a diferentes concentraciones de inhibidor 2M2.

- En las graficas se puede apreciar que ambas reacciones, tanto las catódicas como las anódicas fueron inhibidas en el grado en que la concentración de inhibidor aumentó; por lo tanto el 2M2 se puede considerar un inhibidor del tipo mixto.

- El mecanismo de inhibición del 2M2 no se debe a la formación de una capa pasiva en el metal (no hay evidencias que respalden esto) pero si se puede deber a la capacidad de la absorción de la molécula en el acero bloqueando las zonas activas.

- Solo para concentraciones mayores a 50 mg 1-1, a bajos potenciales el 2M2 es adsorbido por el metal y el proceso corroivo inhibido pero a altos potenciales el inhibidor es desadorbido por la superficie del metal y el mismo pierde su protección ante el medio agresivo.

En este caso la eficiencia de inhibición fue determinada con la densidad de corriente en solución inhibida y solución no inhibida, mediante la siguiente expresión:

El comportamiento de inhibición observado presenta buena correspondencia con los obtenidos en las graficas de impedancia y la técnica de polarización lineal.

Comportamiento de Adsorción:

El proceso de adsorción del inhibidor 2M2 con el acero N80 se asume que ocurre por la sustitución de la molecula de inhibidor presentes en la solución en forma acuosa por las moléculas de agua adsorbidas en la superficie del metal. Dicho proceso es representado en la siguiente ecuación:

Una vez adsorbidas, las moléculas de 2M2 se combinan con los iones de hierro Fe +2 formando un complejo metal-inhibidor insoluble en el medio.

La película formada por el proceso de adsorción funciona como barrera entre el medio o electrolito y el metal, evitando la transferencia de iones y el transporte de masa.

Se ha determinado también que concentraciones por encima de 100 mg 1 -1 no generan un incremento relevante en le eficiencia de inhibición.

Efectos de la Tiurea:

La Tiurea ha sido empleada ampliamente como inhibidor de corrosión del acero en ambientes acidos, la misma presenta una fuerte interacción con la superficie del metal. Dicha interacción involucra el compartir o donar pares de electrones.

Fig. 8. Diagrama de Nyquist para un acero N80 en una solución saturada de CO2 al 3% de NaCl y su comportamiento a diferentes concentraciones de tiurea.

En la grafica se puede observar que la adición de tiurea al sistema en efecto genera un efecto inhibitorio, ya que las curvas de impedancia se asimilan a líneas oblicuas (impedancia de Warnurg), pero que al contrario de lo visto con el 2M2, al aumentar la concentración de tiurea el efecto o eficiencia de inhibición disminuye, demostrado con la reducción de la longitud de las aristas capacitivas a mayores concentraciones.

Fig. 9. Curvas de polarización potenciodinaminca para un acero N80 en una solución saturada de CO2 al 3% de NaCl y su comportamiento a diferentes concentraciones de tiurea.

El mismo efecto se puede observar en las curvas de polarización potenciodinamicas generadas, en todos los casos se presenta un efecto de inhibición con respecto a las curvas del sistema no inhibido pero a medida que se aumenta la concentración de tiurea las densidades de corriente aumentan progresivamente. La tiurea también puede considerarse un inhibidor del tipo mixto.

De estos estudios se pudo determinar que el valor óptimo de concentración de tiurea fue de 20 mg 1-1.

Adición de ambos inhibidores 2M2 y Tiurea al medio: