Desarrollo de líquidos zwitteriónicos basado en principios de la química verde, con aplicación como inhibidores de la corrosión

Abstract

RESUMEN: Se llevó a cabo la síntesis química de cinco moléculas de tipo beta - aminoácido en su forma zwitteriónica, tomando en cuenta cinco parámetros de la química verde para determinar la ecoeficiencia de la síntesis, con la finalidad de evaluar su aplicación como inhibidores de corrosión para el acero al carbono (AISI - 1018). Los zwitteriónes provienen de aminas alquílicas y alquenílicas de longitud variable, logrando eficiencias másicas de reacción superiores al 80%, sin la generación de residuos. Las estructuras moleculares se caracterizaron por métodos espectroscópicos de infrarrojo (FT-IR) y resonancia magnética nuclear (RMN), además se desarrolló una ruta de síntesis limpia para la obtención de los inhibidores de corrosión. La evaluación electroquímica consistió en barridos potenciodinámicos en medios ácidos (dióxido de carbono - CO2/agua) y alta salinidad; con la finalidad de determinar las concentraciones óptimas en las cuales los inhibidores disminuyen la velocidad de corrosión (CR) del acero; así mismo, la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), se empleó para determinar el mecanismo de corrosión del mismo. Los inhibidores de corrosión tienen la capacidad de ser solubles tanto en agua como en solventes orgánicos, lo que aumenta sus posibilidades de aplicación en el proceso de recuperación mejorada de petróleo (EOR). Así mismo, se utilizaron cupones de acero AISI – 1018 para la evaluación de la corrosión de todos los inhibidores a diferentes concentraciones 10, 25, 50, 75 y 100 ppm en un electrolito cuya concentración fue de 1.0 M de cloruro de sodio (NaCl) saturado con CO2 a un pH aproximado de 3.5 y una temperatura de 70°C. Los mejores rendimientos a las concentraciones más bajas se obtuvieron para el líquido zwitteriónico geminal base di-hexadecil hidroxipoliéter beta aminoácido (LZW-B16) a una concentración de 25 ppm, cuyos valores de densidad de corriente (icorr), potencial de corrosión (V), velocidad de corrosión (mmpy - milímetros por año) y eficiencia de inhibición (%EI) fueron: 1.0x10-7 A•cm-2, -0.66 V, 0.001 mmpy y 99.94%, respectivamente, del mismo modo para el líquido zwitteriónico geminal base di-dodecil hidroxipoliéter beta aminoácido (LZW-B12) a 75 ppm sus valores fueron: 1.5x10-5 A•cm-2, -0.615 V, 0.174 mmpy y 91.66% respectivamente. De acuerdo a los resultados de las curvas de polarización y considerando el costo de sintetizar moléculas zwitteriónicas más grandes (por ejemplo LZW-B18), se llevó a cabo el análisis de EIS, en el cual, los diagramas de Nyquist para estos inhibidores revelaron que las contribuciones capacitivas son más importantes en el sistema que los procesos resistivos, lo que resalta la importancia de los fenómenos de adsorción del inhibidor en el proceso de corrosión. Los componentes de impedancia crecen aproximadamente cuatro órdenes de magnitud en presencia de LZW-B16 a 25 ppm. En comparación con los experimentos realizados en ausencia de inhibidor, sugiere que los inhibidores son efectivos para retardar la corrosión del acero en estos medios. Durante esta evaluación, se observó que los diagramas de EIS aumentaban en función del tiempo de inmersión, lo que sugiere que las adsorciones continuas de los inhibidores mejoraron sus resistencias a la corrosión.

ABSTRACT: The chemical synthesis of five molecules of beta-amino acid type in its zwitterionic form was carried out, taking into account five parameters of the green chemistry to determine the eco-efficiency of the synthesis, in order to evaluate its application as corrosion inhibitors for the carbon steel (AISI - 1018). The zwitterions come from alkylic and alkenyl amines of variable length, achieving mass reaction efficiencies of more than 80%, without the generation of waste. The molecular structures were characterized by infrared spectroscopic methods (FT-IR) and nuclear magnetic resonance (NMR), and a clean synthesis route was developed to obtain the corrosion inhibitors. The electrochemical evaluation consisted of potentiodynamic sweeps in acid media (carbon dioxide - CO2/water) and high salinity; in order to determine the optimal concentrations in which the inhibitors decrease the corrosion rate (CR) of the steel. Likewise, the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique was used to determine the corrosion mechanism of the same system. The corrosion inhibitors have the ability to be soluble in both water and organic solvents, which increases their chances of application in the process of Enhanced Oil Recovery (EOR). Likewise, AISI - 1018 steel coupons were used to evaluate the corrosion of all the inhibitors at different concentrations 10, 25, 50, 75 and 100 ppm in an electrolyte whose concentration was 1.0 M sodium chloride (NaCl) saturated with CO2 at an approximate pH of 3.5 and a temperature of 70°C. The best yields at the lowest concentrations were obtained for the geminal zwitterionic liquid base di-hexadecyl hydroxypolyether beta amino acid (LZW-B16) at a concentration of 25 ppm, whose values of current density (icorr), corrosion potential (V) , corrosion rate (mmpy - millimeters per year) and inhibition efficiency (% EI) were: 1.0x10-7 A•cm-2, -0.66 V, 0.001 mmpy and 99.94%, respectively, in the same way for the geminal base zwitterionic liquid di-dodecyl hydroxypolyether beta amino acid (LZW-B12) at 75 ppm its values were: 1.5x10-5 A•cm-2, -0.615 V, 0.174 mmpy and 91.66% respectively. According to the results of the polarization curves and considering the cost of synthesizing larger zwitterionic molecules (for example LZW-B18), the EIS analysis was carried out, in which, the Nyquist diagrams for these inhibitors revealed that capacitive contributions are more important in the system than resistive processes, which highlights the importance of the inhibitor adsorption phenomena in the corrosion process. The impedance components grow approximately four orders of magnitude in the presence of LZW-B16 at 25 ppm. In comparison with the experiments carried out in the absence of inhibitor, it suggests that the inhibitors are effective to retard the corrosion of steel in these media. During this evaluation, it was observed that the EIS diagrams increased as a function of the immersion time, which suggests that the continuous adsorption of the inhibitors improved their resistance to corrosion.