Наукові основи створення поліциклічних нітрогеновмісних поліфункціональних інгібіторів корозії сталі та механізм їх дії
| dc.contributor.author | Курмакова, Ірина Миколаївна | |
| dc.contributor.degreedepartment | хімії | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | - | uk |
| dc.contributor.degreegrantor | Чернігівський національний педагогічний університет імені Т. Г. Шевченка | uk |
| dc.date.accessioned | 2014-11-05T11:26:32Z | |
| dc.date.available | 2014-11-05T11:26:32Z | |
| dc.date.issued | 2014 | |
| dc.description.abstracten | Thesis for a Doctor's Degree in Technical Sciences (speciality 05.17.14 – materials' chemical resistance and corrosion protection). – National technical university of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine. – Kyiv, 2014. The dissertation suggests a new theoretically based and practically oriented solution to the applied issue of increasing constructional steels' resistance to corrosion and biocorrosion by means of multifunctional inhibitors employing new nitrogen containing heterocyclic compounds. The paper presents a well-founded integrated approach towards creating multifunctional inhibitors and predicting their protective properties. This approach considers the kinetics of conjugated corrosion processes, adsorption flow and correlation of the said protective properties with nitrogen-containing heterocycles' molecules' electronic structure and thermodynamic characteristics. As far as biocideinhibitors are concerned, our approach focuses on the microbiological factor as the primary reason of biocorrosion. We have synthesized new polycyclic nitrogen-containing compounds, including derivatives of imidazoazepine and triazoloazepine. We have registered the growth of corrosion resistance as triggered by the presence of a condensed heterocyclic system, the increase in the condensed cycles' size and number, as well as introducing fragments and groups into molecules of inhibitors where they function as additional adsorptionreactionary centers. The achieved results allow expanding the theoretical knowledge of the inhibition mechanism within chloride acid media of nitrogen-containing compounds with condensed heterocyclic systems. We have identified the character of the electronic charge transferred between the adsorption-reactionary centers of molecules and metal's surface in the new effective inhibitors with an imidazoazepine or triazoloazepine cycle. We have also described the peculiarities of adsorption of molecules which generate a chelate knot at certain distribution of charges over atoms. The paper highlights correlation dependences of corrosion indicators on Hammett constants, dipole moment, charges on the adsorptionreactionary centers, and energies of highest occupied and lowest unoccupied molecular orbitals. We have registered the effect of intramolecular synergism caused by a combination of secondary amines of a triazoloazepine cycle and substituted aryl radical within a molecule. The paper discusses the peculiarities of nanostructural processes occurring during the formation of protective layers on the surface of carbon steel and suggests models of compounds' inhibiting impact. Secondary amines with triazoloazepine and aryl radicals, imidazoazepinium bromides and triazoloazepinium bromides reveal high antimicrobial activity against sulphate-reducing bacteria. Thus we have been able to develop new effective biocide-inhibitors of mild steel's microbic corrosion. Their anticorrosive protective properties are provided by kinetic, adsorption, biological factors. The thesis demonstrates that lipophilicity is the dominant factor of compounds' biocide impact on sulphate-reducing bacteria. Their inhibitory impact is mostly determined by the distribution and value of effective charges over the molecules' adsorption-reactionary centers (under the condition of substances' molecules' competing adsorption when biocorrosion occurs in bacterial sulphate-reducing media). The dissertation proves that biofilm's formation is determined by biocide-inhibitors' impact provided that ammonification and denitrifying bacteria should be dominating. New ecologically safe multifunctional inhibitors are designed and suggested for practical implementation. They provide 95-99 % protective effect from acid corrosion and up to 99,5% from bio-corrosion at concentration of 0,5-1,0 g/l within the 293К-333К temperature range. A modified insulating bituminous-polymeric mastic which allows a 5 times increase in the reliability of anticorrosive protection is developed for protection of oil and gas pipelines. | uk |
| dc.description.abstractru | Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.17.14 – химическое сопротивление материалов и защита от коррозии. – Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2014. В диссертации проведено теоретическое обобщение и предложено новое решение научной и прикладной проблемы повышения сопротивления конструкционных сталей коррозии и биокоррозии ингибиторами полифункционального действия на основе азотсодержащих гетероциклических соединений. Разработано комплексный, научно обоснованный подход создания ингибиторов полифункционального действия и прогнозирования их защитных свойств, который основывается на учете кинетики сопряженных коррозионных процессов, адсорбционного поведения и взаимосвязи защитных свойств с электронной структурой и термодинамическими характеристиками молекул N-содержащих гетероциклов, а для ингибиторов-биоцидов – с учетом микробиологического фактора, как основного фактора микробной коррозии. Получены новые полициклические азотсодержащие соединения, в том числе производные имидазоазепиния и триазолоазепиния. Установлено, что усилению противокоррозионной активности способствует наличие конденсированной гетероциклической системы, увеличение величины и числа конденсированных циклов, введение в молекулу ингибитора фрагментов и групп, которые являются дополнительными адсорбционно-реакционными центрами. Развиты и углублены теоретические представления о механизме ингибирующего действия азотсодержащих веществ с конденсированными циклами в кислых хлоридных средах. Для новых эффективных ингибиторов, которые содержат имидазоазепиниевый или триазолоазепиниевый цикл, выявлены характер переноса электронного заряда между адсорбционно-реакционными центрами молекул и поверхностью металла, особенности адсорбции молекул, в частности реализация макроциклического эффекта. Установлены корреляционные зависимости коррозионных показателей от значений констант Гаммета, дипольного момента, зарядов на адсорбционно-реакционных центрах, энергий высшей занятой и нижней вакантной молекулярных орбиталей. Выявлено эффект внутреннемолекулярного синергизма при наличии в молекуле вторичных аминов триазолоазепинового цикла и замещенного арильного радикала. Установлены особенности наноструктурных процессов при формировании защитных слоев на поверхности углеродистой стали и предложено модели ингибирующего действия веществ. Установлено, что вторичные амины с триазолоазепиновым и арильным заместителями, бромид имидазоазепиния и бромид триазолоазепиния проявляют высокую антимикробную активность относительно сульфатвосстанавливающих бактерий. Это позволило разработать новые эффективные ингибиторыбиоциды микробной коррозии малоуглеродистой стали, защитное действие которых обеспечивается вкладами кинетического, адсорбционного и биологического факторов в механизм противокоррозионного действия. Показано, что определяющим фактором биоцидного действия соединений по отношению к сульфатвосстанавливающим бактериям является липофильность, а ингибирующего в условиях конкурирующей адсорбции молекул веществ при биокоррозии в средах с бактериальной сульфатредукцией – распределение и величина эффективных зарядов на адсорбционно-реакционных центрах молекул. Доказано, что в присутствии эффективных ингибиторов-биоцидов в среде с бактериальной сульфатредукцией биопленка формируется аммонифицирующими и денитрифицирующими бактериями. Разработано и предложено к практическому использованию новые эколо гически безопасные ингибиторы полифункционального действия, которые при концентрации 0,5-1,0 г/л обеспечивают защитный эффект 95%-99% в интервале температур 293К-333К – при кислотной коррозии в хлоридной среде и до 99,5% – при биокоррозии инициированной сульфатвосстанавливающими бактериями. | uk |
| dc.description.abstractuk | Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціаль- ністю 05.17.14 – хімічний опір матеріалів та захист від корозії. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2014. В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової і прикладної проблеми підвищення опору конструкційних сталей корозії і біокорозії інгібіторами поліфункціональної дії на основі нітрогеновмісних гетероциклічних сполук. Розроблено науковообгрунтований підхід до створення інгібіторів поліфунк- ціональної дії і прогнозування їх захисних властивостей, який базується на урахуванні кінетики спряжених корозійних процесів, адсорбційної поведінки і взаємозв'язку захисних властивостей з електронною структурою та термодинамічними характеристиками молекул N-вмісних гетероциклів, а для інгібіторів-біоцидів – з урахуванням мікробіологічного фактора, як головного чинника мікробної корозії. Отримано нові поліциклічні нітрогеновмісні сполуки, в тому числі похідні імідазоазепінію та триазолоазепінію, встановлено, що посилення протикорозійної активності залежить від наявності конденсованої гетероциклічної системи, збільшення величини і числа конденсованих циклів, введення в молекулу інгібітора фрагментів і груп, які є додатковими адсорбційно-реакційними центрами. Розвинуто й поглиблено теоретичні уявлення щодо механізму інгібувальної дії в кислих хлоридних середовищах нітрогеновмісних сполук з конденсованими гетероциклічними системами. Для нових ефективних інгібіторів, які містять імідазоазепіновий або триазолоазепіновий цикли, виявлено характер переносу електронного заряду між адсорбційно-реакційними центрами молекул і поверхнею металу, особливості адсорбції молекул, які пов’язані з реалізацією макроциклічного ефекту; встановлено кореляційні залежності корозійних показників від констант Гаммета, дипольного моменту, зарядів на адсорбційно-реакційних центрах, енергій вищої зайнятої та нижчої вакантної молекулярних орбіталей. Виявлено ефект внутрішньомолекулярного синергізму при поєднанні в молекулі вторинних амінів триазолоазепінового циклу та заміщеного арильного радикалу. З’ясовано особливості наноструктурних процесів при формуванні захисних шарів на поверхні вуглецевої сталі та запропоновано моделі інгібувальної дії сполук. З’ясовано, що вторинні аміни з триазолоазепіновим та арильним замісниками, броміди імідазоазепінію та броміди триазолоазепінію виявляють високу антимікробну активність щодо сульфатвідновлювальних бактерій. Це дозволило розробити нові ефективні інгібітори-біоциди мікробної корозії маловуглецевої сталі, захисна дія яких забезпечується вкладами кінетичного, адсорбційного та біологічного факторів у механізм протикорозійної дії. Показано, що визначальним фактором біоцидної дії сполук щодо сульфат- відновлювальних бактерій є ліпофільність, а інгібувальної за умов конкуруючої адсорбції молекул речовин при біокорозії в середовищах з бактеріальною сульфат редукцією – розподіл та величина ефективних зарядів на адсорбційно-реакційних центрах молекул. Доведено, що за дії інгібіторів-біоцидів біоплівка формується за умов домінування амоніфікувальних і денітрифікувальних бактерій. Розроблено та запропоновано до практичного використання нові екологічно безпечні інгібітори поліфункціональної дії, які за концентрації 0,5-1,0 г/л забезпечують ступінь захисту 95%-99% в інтервалі температур 293К-333К – при кислотній корозії у хлоридному середовищі та до 99,5% – при біокорозії. | uk |
| dc.format.page | 44 л. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/9135 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.subject.udc | 620.193+620.197.3 | uk |
| dc.title | Наукові основи створення поліциклічних нітрогеновмісних поліфункціональних інгібіторів корозії сталі та механізм їх дії | uk |
| dc.type | Other | uk |
| thesis.degree.level | doctor | uk |
| thesis.degree.name | доктор технічних наук | uk |
| thesis.degree.speciality | 05.17.14 – хімічний опір матеріалів та захист від корозії | uk |