авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Теоретическое и практическое исследование влияния производных гидразидов и гидразонов на коррозию и наводороживание стали ст.3 в присутствии дейтеромицетов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Маляревский Дмитрий Сергеевич

Теоретическое и практическое исследование влияния производных гидразидов и гидразонов на коррозию и наводороживание стали Ст.3 в присутствии дейтеромицетов

Специальность 05.17.03

Технология электрохимических процессов и защита от коррозии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Калининград - 2008

Работа выполнена в Российском государственном университете

им. Иммануила Канта

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

заслуженный деятель науки

Белоглазов Сергей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Герасименко Анатолий Андреевич

кандидат химических наук

Голяк Юрий Владимирович

Ведущая организация: Калиниградский Государственный

Технический Университет

Защита состоится «____» _________2008 г. в ____часов на заседании диссертационного совета К212.084.08 в Российском государственном университете им. Иммануила Канта по адресу: 236040,

г. Калининград, ул. Университетская, 2, аудитория 143

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российском государственном университете им. Иммануила Канта по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2

Автореферат разослан «____» ________2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Грибанькова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Учтенные потери от биоповреждений составляют 5-7 % стоимости мировой промышленной продукции, и они имеют тенденцию к росту. В связи с этим защита материалов и изделий от биологического повреждения и обрастания актуальна и имеет большое народнохозяйственное значение. Как известно, на незащищенной металлической поверхности в среде нефтепродукта в присутствии даже небольшого количества воды, кроме химической и электрохимической коррозии, развивается биокоррозия. Активному развитию биокоррозии способствуют не только вода, но и компоненты, содержащие азот, серу, кислород. Наряду с углеводородами они используются микрофлорой в качестве питательной среды.

Агрессивное воздействие микрофлоры проявляется в повышении скорости деструкции металла, который в этом случае разрушается в 2–3 раза быстрее, чем при электрохимической коррозии. Этот процесс сопровождается резким ухудшением эксплуатационных показателей металла: снижением прочности, возрастанием внутренних напряжений, увеличением скорости образования микротрещин, ухудшением теплостойкости и других электрофизических показателей.Одним из эффективных методов снижения коррозионных потерь является ингибирование коррозионных сред органическими соединениями.

Гидразиды и гидразоны и их производные чрезвычайно токсичны для живых организмов за счет угнетения различных ферментативных реакций при их попадании в организм. Токсичность отдельных соединений этих рядов является различной, в значительной степени она зависит и от вида организма. В то же время внутри одного вида токсичность практически не зависит от пути введения, что соответствует быстрой всасываемости из мест аппликации.

Применяя расчетные методы исследования, использующие методы квантовой химии и молекулярной механики, можно вычислить активность нового соединения (в том числе еще не синтезированного) по полученному для его аналогов корреляционному уравнению, и тем самым облегчить поиск перспективных ингибиторов коррозии и наводороживания стали, обладающих бактерицидным эффектом, не проводя трудоемких экспериментальных исследований.

Диссертационная работа направлена на продление срока службы в коррозионной среде низкоуглеродистой стали путем использования новых ингибиторов коррозии и наводороживания, опасности ее водородно охрупчивания и подавления жизнедеятельности активных участников этих процессов – дейтеромицетов.

Выбор объектов исследования

Рассматривается ингибирование мицелиальной коррозии и наводороживания углеродистой стали девятью представителями ряда гидразидов и гидразонов, а также подавление ими развития четырех видов дейтеромицетов: Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Penicillium charlissii, Phialophora fastigiata. – активных участников коррозионного процесса. Коррозионной средой служит раствор сусла, специфически поддерживающий развития тела гриба. В качестве металлического материала использовали сталь марки Ст. 3. Выбранные органические соединения ряда гидразидов и гидразонов, содержащие общую группировку -N-N-C(O)-C- и в качестве заместителей донорные метильные и метокси-группы, фенильные радикалы, определяющие адсорбционную способность молекул на поверхности стали и регулирующие их биологическую активность, имеют структурное сродство, что делает возможным нахождение корреляционных зависимостей между строением их молекул, поддержанных специально проведенными расчетами квантово-химических параметров, и экспериментально найденной эффективностью ингибирующего действия на: 1) коррозию стали,

2) наводороживание стали при коррозии, 3) рост мицелиальных грибов – участников коррозионного процесса.

Данные органические соединения были синтезированы в Пермской Государственной Фармацевтической Академии профессором д.х.н.

В.И. Панцуркиным и при проведенном там исследовании обнаружили биоцидную активность по отношению к некоторым представителям патогенной микрофлоры. Однако их действие на литотрофные микроорганизмы ранее никем не исследовалась.

Научная направленность

Целью работы является комплексное экспериментальное и квантовохимическое изучение влияния состава и структуры молекул гидразидов и гидразонов на развитие четырех видов дейтеромицетов – наиболее частых участников коррозионных процессов, продуцирование ими некоторых органических кислот, изменение окислительно-восстановительного потенциала и pH коррозионной среды. Экспериментально определяли влияние имеющихся параметров коррозионной среды в результате воздействия микромицетов и органических ингибиторов, введенных в раствор, на скорость коррозии и наводороживание стали, а также развитие микромицетов. Данный подход позволял решать комплекс актуальных и интересных задач, в частности выявить наличие определенного параллелизма в связи между составом молекул органического соединения и эффективностью его влияния на указанные процессы, что может быть следствием адсорбционной стадии на межфазной границе.

Научная новизна и практическая значимость

При использовании электрохимических, микробиологических, экспериментальных и расчетных методов:

  • Выполнена комплексная оценка действия органических соединений рядов гидразидов и гидразонов как ингибиторов коррозии в среде, содержащей 4 вида микромицетов, известных как активные разрушители промышленных материалов (особенно металлических и полимерных). Показаны зависимости ингибирующего коррозию эффекта указанных соединений от их концентрации в коррозионной среде.
  • Выполнены количественные оценки действия выше указанных соединений как ингибиторов наводороживания металла в среде, содержащей 4 вида микромицетов, продемонстрировано влияние строения исследуемых веществ на эффективность ингибирования наводороживания.
  • Выяснено действие указанных органических веществ на важнейшие физико-химические параметры – скорость коррозии, pH и редокс-потенциал коррозионной системы: 3-4 сусло, содержащее споры каждого из четырех видов микромицетов Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Penicillium charlissii, Phialophora fastigiata.
  • Выяснено влияние исследованных органических соединений на биомассу и концентрацию продуктов метаболизма 4 видов микромицетов в коррозионной среде. Установлена связь строения молекул ОС с их биоцидным действием.
  • Получены концентрационные профили водорода в приповерхностном слое металла после экспозиции в среде содержащей ОС в концентрациях от 0,25…1 ммоль/л, в присутствии 4 видов микромицетов. Показано уменьшение водородосодержания приповерхностных слоев металла в присутствии всех использованных соединений.
  • Выполнено сопоставление эффективности действия девяти органических соединений рядов гидразидов и гидразонов как ингибиторов: 1) коррозии стали, 2) роста тела микромицета,

3) концентрация продуктов метаболизма дейтеромицетов,

4) наводороживания стали. Установлена связь эффективности действия ОС со строением их молекул.

Постановка задач исследования

Цели и задачи данного исследования были разделены на шесть групп:

  1. Количественная оценка эффективности ингибирующего действия девяти органических соединений рядов гидразидов и гидразонов на процесс коррозии стали Ст. 3 в присутствии четырех дейтеромицетов: Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Penicillium charlissii, Phialophora fastigiata.
  2. Количественная оценка эффективности ингибирующего действия органических соединений рядов гидразидов и гидразонов на наводороживание металла при коррозии в среде, содержащей вышеуказанные дейтеромицеты.
  3. Количественная оценка изменений физико-химических характеристик коррозионных сред.
  4. Количественная оценка изменения массы тела дейтеромицетов после экспозиции в зависимости от концентрации введенных органических соединений.
  5. Расчеты квантовохимических параметров экспериментально исследованных органических соединений, с использованием двух типов расчетных методов, с последующей обработкой результатов и их визуализацией.
  6. Сопоставление результатов оценки эффективности ингибирующего действия девяти органических соединений рядов гидразидов и гидразонов на процессы пп.1-4 со строением их молекул. Выводы о специфичности биоцидного действия исследованных органических веществ на дейтеромицеты.

На защиту выносятся следующие положения диссертации.

    • Установление действия 9 органических добавок на процесс электрохимической коррозии стали Ст. 3 в среде, поддерживающей развитие дейтеромицетов: Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Penicillium charlissii, Phialophora fastigiata. Доказано, что микромицеты являются инициаторами процесса коррозии.
    • Установление факта, что введение в коррозионную среду исследованных ОС значительно снижает скорость коррозии стали, а также минимизирует изменение основных характеристик коррозионного процесса.
    • Установление значительного уменьшения массы тела микромицетов и содержания продуктов метаболизма в коррозионной среде при использовании исследованных ОС, вызванное угнетением биологических процессов в клетках гриба.
    • Введение ОС в коррозионную среду вызывает уменьшение наводороживания приповерхностного слоя стали в процессе коррозии, причем эффективность их ингибирующего наводороживание действия зависит от изменения состава и структуры молекул исследованных веществ.
    • Расчеты квантовохимических параметров исследованных молекул ОС, проведенные методами: 1) ограниченным Хартри-Фока 2) МНДО, позволившие объяснить установленную зависимость эффективности 1) ингибирующего коррозию стали действия, 2) ингибирования наводороживания стали, а также 3) зависимость биоцидной активности от строения исследованных молекул ОС. Наличие указанных выше зависимостей подтверждено корреляционными зависимостями.
    • Построение трехмерных моделей исследованных органических соединений в результате выполненных квантовохимических расчетов.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на международной конференции EDEM 2007, Польша, 2007; V международная научная конференция «Инновации в науке и образовании - 2007», КГТУ, Калининград, 2007; Euromat 2007, Nrnberg, 2007.

Публикации.

По материалам диссертационной работы в отечественных и зарубежных изданиях опубликовано 6 печатных работ.

Объем работы.

Диссертация содержит 134 страницы машинописного текста, включая 80 рисунков, 13 таблиц, состоит из Введения, трех глав, Выводов и приложения. Список цитируемой литературы включает 225 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, формулируются цель работы, ее научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава обобщает литературные сведения, касающиеся проблемы коррозионного разрушения и наводороживания металлов под действием микроорганизмов. В этой главе представлены мнения отечественных и зарубежных авторов о механизме мицелиальной коррозии и наводороживании. Изложены систематизированные результаты микробиологических и биохимических исследований дейтеромицетов, необходимые для понимания их стимулирующего коррозионные процессы действия за последние 20 лет. Рассмотрены предложенные ранее методы борьбы с биокоррозией. Особое внимание уделено вопросам влияния органических веществ на процессы биокоррозии в коррозионно-агрессивных средах. Исходя из материалов, представленных в первой главе, можно сделать вывод, что в работах последних лет, посвященных биокоррозии, авторы основную часть исследований посвящают лишь оценке массовых потерь, скорости и механизму коррозии. При этом редко принимается во внимание процесс абсорбции водорода корродируемым металлом, который ведет к так называемому водородному охрупчиванию, и, как следствие, ухудшению физико-механических характеристик и внезапному хрупкому разрушению металла. Как метод борьбы с биокоррозией разрабатывается и предлагается многими авторами введение непосредственно в коррозионную среду веществ, действие которых направлено на подавление или полное прекращение жизнедеятельности микроорганизмов. При этом в качестве таковых чаще всего используются органические соединения, которые, проникая в клетки, включаются в одну из реакций в цепи метаболизма, блокируя (биоциды), или замедляя (биостаты) его. Однако подбор таких соединений является задачей весьма сложной, поскольку они, в большинстве своем, оказывают избирательное действие на микроорганизмы. Помимо этого, применение данного метода не всегда возможно, т.к. в реальных условиях это потребует расхода достаточно большого количества биоцидов.

В этой главе приводятся теоретические и практические исследования органических веществ с применением квантовохимических методов. Описаны и детально объяснены наиболее часто используемые методы расчета, включая расшифровку аббревиатуры. Даны сравнительные характеристики использованных в работе методов.

Во второй главе описаны объекты исследования, аппаратура и методики исследований и расчетов.

В работе использовались образцы листовой стали Ст.3 в виде пластин размером 50201 мм со шлифованной поверхностью. Коррозионные испытания проводили в среде 3 сусла, приготовленного по классической технологии, служащей питательной средой для Aspergillus niger, Penicillium chrysogenum, Penicillium charlissii и Phialophora fastigiata.

Экспозиция образцов в среде, содержащей микромицеты, составляла 14 суток, период времени, соответствующий наиболее полному развитию микромицетов. ОС вводили в среду перед экспозицией в концентрациях 0.25, 0.5 и 1 мМоль/л. Ежедневно контролировали следующие параметры: рН со стеклянным индикаторным электродом и Еh коррозионной среды - с Pt-электродом на универсальном рН-милливольтметре рН-150. После экспозиции определяли: скорость коррозии стальных образцов – гравиметрически; массу тела микромицета – после экспозиции тело гриба высушивали при 150 С и взвешивали на аналитических весах; содержание продуктов метаболизма проводили на жидкостном хроматографе Perkin Elmer.

Объем водорода, абсорбированного образцами, оценивали непосредственно после завершения коррозионных испытаний. В качестве метода определения наводороживания образцов был выбран метод послойного анодного растворения образца, который позволяет не только оценить общий объем абсорбированного металлом водорода, но и характер его распределения по сечению металла.

Расчеты квантово-химических параметров молекул ОС проводили неэмпирическим ограниченным методом Хартри-Фока (ОХФ, англ. restricted Hartree-Fock theory, RHF) и полуэмпирическим методом МПДП (MNDO) с использованием программы GAUSSIAN94. Коэффициенты корреляции находился с использованием программного обеспечения MATHCAD. Визуализация пространственного строения молекул обеспечивалась специализированным программным обеспечением, позволяющим перенести рассчитанные данные в трехмерную систему координат.

В третьей главе приведены результаты исследования влияния ОС на процесс биокоррозии и наводороживания стальных образцов в средах содержащих микромицеты.

Полученные данные о скорости мицелиальной коррозии стали и о защитном эффекте ОС показывают, что самое большое ее значение наблюдается в присутствии дейтеромицетов Asp. Niger и P. chrysogenum, тем самым подтверждаются имеющиеся литературные сведения о высокой коррозионной активности этих видов несовершенных грибов. Дейтеромицеты P. charlissi и P. fastigiata также вызывают коррозионное разрушение образцов, но не столь значительное как первые два.

 Зависимость скорости коррозии-0

Рис. 1. Зависимость скорости коррозии образцов стали Ст.3 в присутствии Aspergillus niger от концентрации исследованных органических соединений.

Исследование влияния ОС на скорость коррозионного разрушения образцов показало, что присутствие ОС в коррозионной среде снижает скорость коррозии (рис.1), причем тем сильнее, чем больше концентрация ОС в среде.

Эффективность действия ОС в присутствии мицелиальных грибов объясняется, во-первых, их биоцидным действием, что подтверждено хроматографическими исследованиями коррозионной среды, показавшими уменьшение количества продуктов метаболизма в ней, также оно зависит от состава и пространственного строения молекул. По результатам исследований наиболее эффективное воздействие оказывают ОС 3,4,5,7,8, это действие распространяется на все виды исследованных дейтеромицетов.

Биомасса исследуемых микромицетов является важным показателем биоцидного действия ОС. В связи с высокой биологической активностью органических соединений выбранных классов изменение биомассы микромицета во всех экспериментах было значительным. Самые активные ОС 3,4,5,7 уменьшали массу тела микромицета до 2-х раз (рис. 2).



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.