Insights into the nature of the coupling interactions between uracil corrosion inhibitors and copper : a DFT and molecular dynamics study

In this study, the nature of the coupling interactions between copper and uracil as well as its several derivatives has been systematically investigated employing the atoms in molecules (AIM) theory and energy decomposition analyses. The whole interaction process has been investigated through the analyses of the radial distribution functions of the Cu⋯X (X = S and O) contact on the basis of the ab initio molecular dynamics. No direct relationship between the adsorption strengths and inhibition efficiencies of the inhibitors has been observed. Additionally, the possibility of the methyl-substituted dithiouracil species to act as copper corrosion inhibitors has been tested.

Electrochemical, SEM/EDS and quantum chemical study of phthalocyanines as corrosion inhibitors for mild steel in 1 mol/l HCl

The inhibition effect of metal-free phthalocyanine (H2Pc), copper phthalocyanine (CuPc) and copper phthalocyanine tetrasulfuric tetrasodium salt (CuPc center dot S(4)center dot Na-4) on mild steel in I mol/l HCl in the concentration range of 1.0 X 10(-5) to 1.0 X 10(-3) mol/l was investigated by electrochemical test, scanning electron microscope with energy dispersive spectrometer (SEM/EDS) and quantum chemical method. The potentiodynamic polarization curves of mild steel in hydrochloric acid containing these compounds showed both cathodic and anodic processes of steel corrosion were suppressed, and the Nyquist plots of impedance expressed mainly as a capacitive loop with different compounds and concentrations. For all these phthalocyanines, the inhibition efficiency increased with the increase in inhibitor concentration, while the inhibition efficiencies for these three phthalocyanines with the same concentration decreased in the order Of CuPc center dot S(4)center dot Na-4 > CuPc > H2Pc according to the electrochemical measurement results. The SEM/EDS analysis indicated that there are more lightly corroded and oxidative steel surface for the specimens after immersion in acid solution containing 1.0 x 10(-3) mol/l phthalocyanines than that in blank. The quantum chemical calculation results showed that the inhibition efficiency of these phthalocyanines increased with decrease in molecule's LUMO energy, which was different from the micro-cyclic compounds. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Aminic nitrogen-bearing polydentate Schiff base compounds as corrosion inhibitors for iron in acidic media: A quantum chemical calculation

Quantum chemical calculations based on DFT method were performed on three polydentate Schiff base compounds (PSCs) used as corrosion inhibitors for iron in acid media to determine the relationship between the molecular structure of PSC and inhibition efficiency. The structural parameters, such as the frontier molecular orbital energy HOMO (highest occupied molecular orbital) and LUMO (lowest unoccupied molecular orbital), the charge distribution of the studied inhibitors, the absolute electronegativity (chi) values, and the fraction of electrons (Delta N) transfer from inhibitors to iron, were also calculated and correlated with inhibition efficiencies. The results showed that the inhibition efficiency of PSCs increased with the increase in E-HOMO and decrease in E-LUMO-E-HOMO; and the areas containing N atoms are most possible sites for bonding the metal iron surface by donating electrons to the metal. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Electrochemical and quantum chemical study of purines as corrosion inhibitors for mild steel in 1 M HCl solution

The purines and its derivatives, such as, guanine, adenine, 2,6-diaminopurine, 6-thioguanine and 2,6-dithiopurine, were investigated as corrosion inhibitors for mild steel in 1 M HCl solution by weight loss measurements, electrochemical tests and quantum chemical calculations. The polarization curves of mild steel in the hydrochloric acid solutions of the purines showed that both cathodic and anodic processes of steel corrosion were suppressed. The Nyquist plots of impedance expressed mainly as a depressed capacitive loop with different compounds and concentrations. For all these purines, the inhibition efficiency increased by increasing the inhibitor concentration, and the inhibition efficiency orders are 2,6-dithiopurine > 6-thioguanine > 2,6-diaminopurine > adenine > guanine with the highest inhibiting efficiency of 88.0% for 10(-3) M 2,6-dithiopurine. The optimized structures of purines, the Mulliken charges, molecular orbital densities and relevant parameters were calculated by quantum chemical calculations. The quantum chemical calculation results inferred that the adsorption belong to physical adsorption, which might arise from the pi stacking between the pi electron of the purines and the metal surface. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Electrochemical and thermodynamic investigation of diniconazole and triadimefon as corrosion inhibitors for copper in synthetic seawater

This paper presents the investigation of diniconzole and triadimefon as chemical corrosion inhibitors for freshly polished copper in synthetic seawater (3.5% NaCl solution). Determination of weight loss, polarization curves, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and SEM, were performed to analyze the inhibiting performance of these compounds. Polarization curves show that they act as mixed-type inhibitors. EIS indicates that an adsorption film of the inhibitors is formed on copper surface. The highest values of inhibition efficiency are respectively, 99.2% and 97.3% at 100 mg/L concentration. Thermodynamic calculation suggests that chemisorptions between the compounds and copper are accordance with Langmuir adsorption isotherm. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Development of a method for sampling and determination of corrosion inhibitors in modified atmospheres

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Experimental and Theoretical Studies of Volatile Corrosion Inhibitors Adsorption on Zinc Electrode

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Corrosion inhibitors for the rehabilitation of reinforced concrete

Four corrosion inhibitors namely sodium nitrite, sodium monofluorophosphate, ethanolamine and an alkanolamine-based mixture were studied by immersing mild steel bars for 42 days in model electrolytes of varied pH and chloride concentration which were intended to simulate the pore solution phase present within carbonated and/or chloride-contaminated concrete. Site trials were carried out on sodium monofluorophosphate and the alkanolamine-based inhibitor to study their depth of penetration into concrete. The influence of various carbonating atmospheres on the pore solution chemistry and microstructure of hydrated cement paste was investigated. Physical realkalisation of carbonated cement paste and a calcium nitrite-based corrosion rehabilitation system for chloride-contaminated cement paste were investigated by monitoring ionic transport within the pore solution phase of laboratory specimens. The main findings were as follows: 1,Sodium nitrite, sodium monofluorophosphate, ethanolamine and the alkanolamine-based mixture all behaved as passivating anodic inhibitors of steel corrosion in air-saturated aqueous solutions of varied pH and chloride concentration. 2,Sodium monofluorophosphate failed to penetrate significantly into partially carbonated site concrete when applied as recommended by the supplier. Phosphate and fluoride penetrated 5mm into partially carbonated site concrete treated with sodium monofluorophosphate. 3,The ethanolamine component of the alkanolamine-based inhibitor was found to have penetrated significant depths into partially carbonated site concrete. 4,Carbonating hydrated cement paste over saturated solutions of sodium nitrite resulted in significant concentrations of nitrite in the pore solution of the carbonated paste. Saturated solutions of sodium chloride, ammonium nitrate, magnesium nitrate and sodium dichromate were investigated and identified as alternatives for controlling the relative humidity of the carbonating environment. 5,Hardened carbonated cement paste can by physically realkalised to a limited extent due to the diffusion of hydroxyl ions under saturated conditions. A substantial proportion of the hydroxyl ions that diffused into the carbonated cement paste however, became bound into the cement matrix. Hydroxyl ion concentrations remained below 5mmol/l within the pore solution of the realkalised cement paste. 6, Nitrite ions penetrated significant distances by diffusion within the pore solution of saturated uncarbonated hydrated cement paste.

Stimuli-responsive materials for self-healing in corrosion protection

The corrosion of metallic materials is a crucial issue on an economical and ecological scale. Corrosion protection becomes then necessarily needed. The main focus of the thesis is to develop stimuli-responsive nanocontainers for self-healing in corrosion protection. A nanocontainer is efficient if distinct payloads can be selectively released via different stimuli because unwanted and unspecific release can be avoided. For anti-corrosion, the wanted nanocontainer is the one able to release its self-healing agents or corrosion inhibitors upon change of pH- or/and redox-potential due to the variation of these two signals at the corroded sites. Conducting polymers such as polyaniline (PANI) were chosen for building the shell of capsules due to their important characteristics of being both pH- and redox responsive.

Corrosion and passivation of steel in concrete

A study of several chemical and electrochemical factors which affect the behaviour of embedded steel in cement pastes and concrete has been made. The effects of internal and external sources of chloride ions on the pore solution chemistry of Portland cement pastes, with and without additions of anodic corrosion inhibitors, have been studied using a pore solution expression device which has enabled samples of pore solution to be expressed from hardened cement pastes and analysed for various ionic species. Samples of pure alite and tricalcium aluminate have been prepared and characterised with respect to morphology, free lime content and fineness. Kinetics of diffusion of chloride ions in hardened pastes of alite and alite blended with tricalcium aluminate have been investigated and an activation energy obtained for the diffusion process in alite. The pore structures of the hardened pastes and the chloride ion binding capacity of alite have also been determined. Concrete cylinders containing embedded steel with four different surface conditions were exposed to various environments. The electrochemical behaviour of the steel was monitored during the period of exposure by means of rest potential measurements and the steel corrosion products analysed before and after being embedded. An examination was made of the nature of the interfacial zones produced between the embedded steel and cement. Rest potential measurements were monitored for steel embedded in alite paste in the presence of chloride ions and cement paste containing various levels of inhibitors in combination with chloride ions. In the latter case the results were supported by polarisation resistance determinations.

Emprego da técnica de emissão por fluorescência de ultravioleta no monitoramento de inibidores de corrosão em água produzida

Para aumentar os volumes de extração de petróleo, resolver e prevenir problemas nas operações de produção são utilizados diversos produtos químicos, dentre os quais se destacam os inibidores de corrosão, que são utilizados em toda cadeia produtiva do petróleo visando proteger o sistema da deterioração por corrosão. Os sais de amônio quaternário são uma das classes de inibidores mais utilizadas pela indústria do petróleo devido a sua grande eficiência. Entretanto, sua solubilidade em água faz com que estejam presentes na água produzida representando um risco para contaminação ambiental, visto que possuem baixa biodegrabilidade e potencial de bioacumulação. Como se encontram misturados a outros produtos químicos e sob efeitos das variações do ambiente em que são aplicados, definir um método de análise confiável e viável para monitoramento em linha representa um desafio para os laboratórios de campos de produção. Neste trabalho, foi estudado o emprego da fluorescência de ultravioleta na quantificação de um inibidor de corrosão do tipo sal de amônio quaternário em água. Foram obtidos espectros de emissão do produto comercial em água, além do estudo de variáveis instrumentais e interferentes presentes na água produzida. A comparação com padrões de sal de amônio quaternário permitiu identificar como principal fluorófilo, um sal alquil-aril de amônio quaternário. Estudos de estabilidade revelaram que a adsorção do inibidor de corrosão nas superfícies dos frascos plásticos provoca a queda do sinal fluorescente e que a adição de isopropanol reduz este efeito de 40 para 24%. Foram obtidas curvas de calibração com a formulação comercial e com o cloreto de 2-metil-4-dodecil-benzil-trimetil amônio com uma boa correlação. Amostras sintéticas do inibidor foram determinadas com um erro relativo de 2,70 a 13,32%. O método de adição padrão foi avaliado usando uma amostra de água produzida, e os resultados não foram satisfatórios, devido à interferência, principalmente, de compostos orgânicos aromáticos presentes

Avaliação do copolímero de acrilonitrila e 2-vinil-2-oxazolina na eficiência de inibição de corrosão química em meio salino

Processos corrosivos geram perdas incalculáveis para a sociedade. Existe, portanto, uma incessante busca por métodos cada vez mais econômicos, eficientes e que não gerem impacto ao meio-ambiente. Polímeros heterocíclicos são macromoléculas de elevada performance que vêm sendo estudados como inibidores de corrosão por atenderem as premissas citadas acima. Neste trabalho realizou-se a modificação química da poliacrilonitrila com a incorporação de grupos 2-vinil-2-oxazolina no teor teórico de 20%. O copolímero obtido e a poliacrilonitrila não modificada foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e avaliados como inibidores de corrosão para alumínio e aço carbono em meio salino em temperatura de 60C. As concentrações utilizadas foram de 20, 50, 100 e 200 ppm e os períodos de checagem: 1, 2, 3 e 4 semanas. Os polímeros estudados apresentaram atividade inibitória de corrosão apenas para o aço carbono. Para o alumínio, o ensaio em branco apresentou a menor taxa de corrosão dentre todos os ensaios realizados

Avaliação de aminoácidos como inibidores de corrosão para cobre em meio de água do mar artificial

Inibidores de corrosão são substâncias que quando adicionadas a um meio agressivo, diminuem ou previnem a reação de oxidação de um metal com este meio e/ou as reações de redução de espécies presentes no meio. Para a inibição da corrosão de cobre e suas ligas em meios ácidos ou neutros, o inibidor mais empregado é o benzotriazol (BTAH), o qual forma complexos com os íons Cu (I) e Cu (II) na superfície do metal, diminuindo o processo corrosivo. A preocupação com a preservação ambiental e a toxicidade de inibidores de corrosão vem sendo discutida na literatura. Vários estudos têm-se intensificado usando aminoácidos, como proposta para substituição ao BTAH, considerado tóxico. Entre os aminoácidos estudados, dois apresentavam enxofre em suas moléculas (cisteína e metionina) e um outro sem heteroátomo na cadeira lateral (glicina). As concentrações variaram entre 10-2 a 10-4 mol/L e pH da solução entre 7,2 e 8,4. Foram realizadas medidas gravimétricas (ensaios de imersão total) e técnicas eletroquímicas, tais como polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A caracterização morfológica da superfície do substrato após os ensaios de imersão total (743 horas) foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS ou EDX) e difração de raios X (DRX). Embora os resultados com aminoácidos tenham sido sempre muito inferiores àqueles obtidos na presença de BTAH, comportamentos semelhantes em função da concentração dos aminoácidos puderam ser observados pelos diagramas de Nyquist. Contudo, com exceção dos resultados verificados para o meio contendo cisteína 10-2 mol/L, todas as eficiências de inibição para os meios contendo aminoácidos, obtidas pelos ensaios de imersão total, foram negativas, mostrando que o tempo de exposição também pode ser relevante para o desempenho destes inibidores. Entre todos os aminoácidos testados, os meios contendo glicina apresentaram os piores desempenhos anticorrosivos, inclusive acelerando o processo de dissolução anódica do cobre. Esse resultado pode estar relacionado à faixa de pH das soluções testadas e à solubilidade dos complexos de cobre formados com os aminoácidos, mostrando que uma faixa ótima de pH também deve ser assegurada para aprimorar a ação destes aminoácidos como inibidores de corrosão

Avaliação de complexos de inclusão na inibição do aço carbono em meio ácido

A indústria de petróleo e gás apresenta sérios problemas relacionados à corrosão. Nas petroquímicas e nas instalações de refino de petróleo, as falhas em materiais estão relacionadas com a corrosão, além disso, os processos de corrosão de metais são problemas no mundo, causando ônus em processos industriais e gerando situações de risco como a corrosão de pilares metálicos em pontes ou em fuselagens de aviões. Dentre os meios corrosivos, um muito comum é o meio ácido, que será o meio estudado neste trabalho. Com todos os problemas citados, se faz necessário o estudo de inibidores de corrosão com alta eficiência, estabilidade e que, preferencialmente, não agridam o meio ambiente. Alguns inibidores de corrosão apresentam solubilidade limitada em água, sendo necessária a utilização de alguns solventes não tão amigáveis ao meio ambiente. Então, propôs-se formar um complexo de inclusão para tornar possível a solubilização de inibidores convencionais em solução aquosa, como algumas tioureias, que apresentam solubilidade limitada em água. Essa completa solubilização do inibidor de corrosão orgânico em meio aquoso é possível com a utilização de um aditivo (hospedeiro) capaz de encapsular tais moléculas (convidados) via interações não covalentes, de modo a alcançar o máximo desempenho de inibição. Para a formação do complexo de inclusão foi usado como molécula hospedeira, a α e a β hidroxipropilciclodextrina e como molécula convidada a dibenziltioureia. A intenção foi testar a melhora da ação inibidora da corrosão do aço carbono em meio de HCl 1mol.L-1 com ensaios de perda de massa, de impedância, polarização e microscopia eletrônica de varredura (MEV), além de evidenciar a formação destes complexos de inclusão através da espectroscopia de absorção vibracional no infravermelho, espectroscopia de RMN de 1H, espectroscopia de absorção no Ultra-violeta e análise térmica diferencial (DTA)