Investigações de adsorção, termodinâmica e química quântica de um líquido iônico que inibe a corrosão do aço carbono em soluções de cloreto

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12536 (2022) Citar este artigo

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Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 06 de fevereiro de 2023

Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 11 de outubro de 2022

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A proposta deste trabalho reside na utilização de líquidos iônicos como inibidores de corrosão devido a dificuldade em alguns campos petrolíferos com a solubilidade dos inibidores de corrosão e estes materiais podem ser miscíveis com água e assim fornecer uma solução para tais problemas na indústria. O segundo objetivo diz respeito à menor toxicidade desses compostos em comparação com os inibidores de corrosão mais comuns. O estudo cobriu o desempenho de inibição de corrosão do líquido iônico 1-butil-3-metilimidazólio trifluorometil sulfonato ([BMIm]TfO) para aço carbono em soluções de NaCl a 3,5%. O estudo compreendeu investigações eletroquímicas, de adsorção e química quântica. Os resultados mostraram que [BMIm]TfO pode ser considerado um inibidor de corrosão promissor e a eficácia da inibição se intensifica à medida que a concentração aumenta. O efeito inibidor observado pode ser correlacionado com a adsorção das espécies líquidas iônicas e a criação de películas protetoras na superfície. O modo de adsorção segue a isoterma de adsorção de Langmuir. Os resultados da polarização mostraram que o líquido iônico [BMIm]TfO funciona como um inibidor misto. A dependência da influência da corrosão na temperatura na existência e ausência de [BMIm]TfO foi demonstrada na faixa de temperatura de 303–333 K usando dados de polarização. Parâmetros de ativação foram determinados e discutidos. O desempenho de inibição observado de [BMIm]TfO foi correlacionado com as propriedades eletrônicas do líquido iônico usando um estudo químico quântico.

A corrosão é um problema sério e extremamente caro, especialmente em petroquímica e operações de produção de petróleo1,2. Além do alto potencial para empregar componentes resistentes à corrosão mais avançados, os ladrilhos de aço carbono são o principal material fabricado para a construção do enorme oleoduto nas diferentes etapas de processamento de petróleo bruto, como extração, transmissão e armazenamento Tubos de aço carbono têm sido amplamente empregados em transporte de gases e líquidos3,4. Um dos ambientes mais agressivos nos processos de produção e refino de petróleo é o ambiente de água salina que contém diferentes quantidades de sais dissolvidos, especialmente cloreto de sódio5,6. O filme de óxido protetor criado na superfície pode se deteriorar na existência de íons cloreto baseados em um ambiente agressivo7,8.

Diferentes regimes de mitigação de corrosão podem ser aplicados para reduzir os impactos nocivos da corrosão. Dentre as técnicas convencionais de mitigação da corrosão, a utilização de inibidores ecologicamente corretos apresenta vantagens como, por exemplo, alta viabilidade, alta eficiência e minimização dos riscos ambientais9. Nos últimos tempos, os líquidos iônicos provaram ser inibidores eficazes e ecologicamente corretos para a corrosão de diferentes tipos de metais e ligas em ambientes corrosivos, como soluções básicas, ácidas ou salgadas10,11. Devido à sua estrutura volumosa e à presença de heteroátomos, os líquidos iônicos são considerados como potenciais inibidores de corrosão12.

Os líquidos iônicos, em geral, têm uma tendência promissora de inibição da corrosão devido à sua capacidade de contato adsortivo com a superfície, que forma camadas protetoras contra meios corrosivos. Em geral, a maioria dos líquidos iônicos exibe essa tendência. Os tipos de cátions e ânions presentes em líquidos iônicos têm relação direta com os níveis de adsorção e eficiência de inibição que podem ser alcançados com esses líquidos. Em um estudo recente, demonstramos que o líquido iônico 1-butil-1-metilpirrolidínio trifluorometil sulfonato ([BMP]TfO) pode servir como um inibidor bifuncional tanto para a corrosão do aço carbono em soluções de cloreto quanto para o crescimento de bactérias. [BMP]TfO inibe ambos os tipos de corrosão13. Também foi demonstrado que os líquidos iônicos cloreto de 1-(2-hidroxietil)-3-metilimidazolínio e cloreto de 1-etil-3-metileimidazolínio são inibidores de corrosão e biocidas eficazes. Essas descobertas foram publicadas na revista Ionic Liquids14. Foi demonstrado que a integração do grupo hidroxila no cátion imidazólio aumenta o impacto da inibição da corrosão15. Neste trabalho, o desempenho de inibição de corrosão do líquido iônico [BMIm]TfO para aço carbono em soluções de NaCl a 3,5% foi demonstrado. O estudo compreendeu investigações eletroquímicas, de adsorção e química quântica.