Ученые лаборатории окисления и пассивации металлов и сплавов ИФХЭ РАН завершили систематическое исследование ингибирования стали пирокатехином. Измерения проводились методом электрохимической импедансной спектроскопии. Выяснилось, что ингибирующее действие пирокатехина в основном связано с образованием прочных адсорбционных пленок на поверхности стали, которые защищают металл даже при его переносе в раствор без ингибитора.

Оптимальная концентрация, обеспечивающая длительный защитный эффект, согласно результатам этих экспериментов, составляла пять граммов на литр пирокатехина.

Накопление смолистого осадка продуктов окисления пирокатехина на поверхности металла в результате гомогенной реакции с кислородом не явилась существенным фактором для ингибирования.

Было проведено несколько 28-дневных экспериментов, в которых образцы выдерживались в растворах с различными концентрациями ингибитора. Периодически, с интервалом в несколько дней, ученые измеряли импеданс образца в растворе с добавлением пирокатехина. Затем образец извлекали из раствора с ингибитором и тщательно смывали скопившийся на поверхности смолистый осадок. Очищенный образец переносили в модельный раствор без ингибитора для повторного получения спектра импеданса.

«Перед нашей научной группой стояла задача – прояснить механизм защитного механизма пирокатехина при коррозии стали и оценить степень влияния двух процессов: образования на поверхности стали тонких хелатных пленок и накопления на ней смолистого осадка из-за взаимодействия пирокатехина с активным кислородом, – рассказал один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории окисления и пассивации металлов и сплавов ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Вадим Эдуардович Касаткин. – Выяснилось, что ингибирующий эффект возникает преимущественно потому, что сильно адсорбированный пирокатехин блокирует активные центры поверхности металла. Однако в требуемых концентрациях пирокатехин является токсичным. Возможности его промышленного применения для защиты железобетонных изделий требуют дополнительных исследований».

Диаграммы Найквиста для модельных растворов с различными концентрациями ингибитора (от нулевой до 10 граммов на литр) / © Вадим Касаткин, ИФХЭ РАН

Метод электрохимического импеданса (EIS) показал себя очень удобным инструментом для исследования коррозионных процессов, поскольку сравнение спектров, снятых с образцов с защитой и образцов без ингибитора, позволяет количественно оценивать защитный эффект. При снятии спектров импеданса воздействие на систему ограничено наложением переменного электрического сигнала малой амплитуды, которое не вызывает в ней необратимых изменений. Выполняя повторные измерения спектров через определённые промежутки времени, можно следить за состоянием защищаемого металла и за стабильностью действия ингибитора.

«В нашем Институте разработана серия универсальных потенциостатов IPC, которые вместе с дополнительным блоком FRA (Frequency Response Analyzer) позволяют реализовать методики спектроскопии электрохимического импеданса, – рассказал Вадим Эдуардович. – Тесное сотрудничество с коллегами, использовавшими это оборудование для изучения разнообразных объектов, а также самостоятельные исследования нашей научной группы позволили значительно усовершенствовать приборы и устранить многие проблемы, проявляющиеся при работе с некоторыми объектами».

Исследование опубликовано в International Journal of Corrosion and Scale Inhibition.