Применение метода рентгеноэлектронной спектроскопии для исследования молекулярной структуры ингибитора коррозии - цинкового комплекса 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты
Рассылка: Защита теплосетей от накипи и коррозии, реагентная водоподготовка.
Адрес электронной почты: chausoff@yandex.ru
Сайт рассылки: http://www.labudgup.ru/
Автор - Чаусов Федор Федорович,
кандидат химических наук (направление научной деятельности -
физическая химия водных растворов, водоподготовка и водно-химические режимы
теплоэнергетических систем), автор более 70 научных трудов, автор более 20 изобретений.
Выпуск 37.
Проведено исследование молекулярной структуры цинкового комплекса 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты методом рентгеноэлектронной спектроскопии. Сопоставление полученных результатов с абсорбционным ИК-спектром того же вещества позволило получить новые сведения о молекулярной структуре. Показано, что при координации фосфонатной группы атомом цинка сохраняется локализация π-связи Р–О; у фосфонатной группы отсутствует ось симметрии третьего порядка; атом Zn может находиться в положениях с различной координацией. Термическая деструкция комплекса сопровождается разрушением элементоорганического лиганда с отщеплением углеводородного фрагмента по связям С–Р и образованием неорганических солей Zn.
Введение
Внедрению ингибиторов для защиты технологического оборудования от коррозии в настоящее время заслуженно уделяется значительное внимание. Применение ингибиторов коррозии позволяет в несколько раз снизить интенсивность процесса кислородной коррозии стали в агрессивных водных средах, и соответственно продлить срок службы дорогостоящего теплотехнического, нефтепромыслового, химического оборудования. В настоящее время убедительно доказано, что наиболее эффективными ингибиторами коррозии стали в нейтральных и слабощелочных средах, являются металлокомплексные фосфорорганические соединения, а более конкретно — комплексы органофосфоновых кислот с цинком, которые позволяют эффективно предотвращать не только коррозию, но и отложения минеральных солей на поверхности оборудования. Из ингибиторов данного класса самое широкое распространение получил цинковый комплекс 1 гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (ZnОЭДФ). Препараты на его основе выпускаются в промышленных масштабах несколькими предприятиями РФ и многими зарубежными компаниями.
Было проведено сравнительное исследование эксплуатационных показателей эффективности ингибиторов коррозии и солеотложений различных отечественных производителей. Можно отметить, что, например, такие препараты, как «АФОН 230-23А» производства ОАО «Химпром» (г. Новочебоксарск) и «Оптион-313-2» производства ООО «Экоэнерго» (г. Ростов-на-Дону), основным веществом которых является динатриевая соль ZnОЭДФ, в идентичных условиях показывают резко различные количественные показатели степени защиты идентичных образцов стали. Количественный химический анализ обоих препаратов свидетельствует о том, что их состав весьма близок друг к другу. Следовательно, различие в эффективности защиты стали от коррозии обусловлено различиями в молекулярной структуре ингибиторов. Так как повышение эффективности ингибиторов коррозии и солеотложений имеет важнейшее практическое значение и прямо определяет экономический эффект от применения ингибиторов, исследование молекулярной структуры ZnОЭДФ является актуальной проблемой.
Несмотря на изложенное выше, в отечественной литературе практически не встречается работ, посвящённых исследованию молекулярной структуры органофосфонатных комплексов цинка. Строение ZnОЭДФ было исследовано только методом спектроскопии КР в водном растворе, в результате чего и был сделан вывод об образовании координационной связи Zn–O при взаимодействии солей Zn с 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислотой (ОЭДФК). Строение самой ОЭДФК и её гидратных комплексов в водных растворах было исследовано ИК- и КР-спектроскопическими и вискозиметрическим методами. Молекулярная структура комплексов ОЭДФК с Cr(II), Cr(III), Zr и Ge исследована методом ИК-спектроскопии (ИКС). За рубежом опубликованы работы по определению молекулярной структуры комплексов Mg, Ca, Zn, Sr и Ba с нитрилотриметиленфосфоновой кислотой методом рентгеноструктурного анализа (РСА), в которых определены межатомные расстояния и валентные углы. Однако использование этого метода для определения структуры ZnОЭДФ затруднено из-за сложности получения кристаллов ZnОЭДФ, пригодных для РСА. Отсутствие достоверных сведений о молекулярной структуре металлокомплексных фосфорорганических ингибиторов препятствует пониманию механизма их ингибирующего действия. Так, в отдельных публикациях содержится мнение о том, что «…уникальная способность фосфоновых соединений ингибировать процесс кристаллизации карбоната кальция определяется близостью значений параметров кристаллической решётки CaCO3 и фосфонат-иона, который имеет форму искажённого тетраэдра с осью симметрии третьего порядка». Однако из-за отсутствия достоверных данных о молекулярной структуре ZnОЭДФ эти сообщения нельзя принять как достоверные.
В связи с этим приобретает особую актуальность развитие метода рентгеноэлектронной спектроскопии (РЭС). РЭС является неразрушающим методом исследования, что особенно важно при исследовании метастабильных систем, в частности, элементоорганических и координационных соединений. Метод РЭС позволяет исследовать электронную структуру, химическую связь, ближнее окружение атома с помощью уникальных магнитных электронных спектрометров. Выбор электронного магнитного спектрометра обусловлен рядом преимуществ по сравнению с электростатическими спектрометрами, заключающимися в постоянстве светосилы и разрешающей способности вне зависимости от энергии электронов, высокой контрастности спектров. Поэтому метод РЭС с использованием рентгеноэлектронного магнитного спектрометра является наиболее подходящим для решения поставленных задач. Интерпретация результатов, полученных методом РЭС, наиболее информативна при совместном использовании других методов исследования молекулярной структуры, в частности, ИКС.
Далее в настоящей статье описывается экспериментальная часть, приводятся и обсуждаютя результаты экспериментальных исследований и на основе всего этого делаются выводы.
Полный иллюстрированный вариант статьи "Применение метода рентгеноэлектронной спектроскопии для исследования молекулярной структуры ингибитора коррозии - цинкового комплекса 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты" Вы можете найти здесь.
С уважением, Ф.Ф. Чаусов.
Архив почтовых рассылок:
Защита теплосетей от накипи и коррозии, реагентная водоподготовка
