به گزارش پایگاه تحلیلی خبری ایراسین، خوردگی فلزات یکی از مسائل بنیادین و در عین حال پنهان در زیرساخت‌های صنعتی است که اثرات آن به‌تدریج و در بلندمدت آشکار می‌شود، اما هزینه‌های اقتصادی، فنی و ایمنی بسیار سنگینی به همراه دارد. فولاد نرم به‌عنوان یکی از پرمصرف‌ترین مواد مهندسی در صنایع مختلف، از خطوط انتقال انرژی گرفته تا تجهیزات شیمیایی و سازه‌های عمرانی، به‌طور ذاتی در برابر محیط‌های اسیدی آسیب‌پذیر است، محیط‌های اسیدی، چه به‌صورت طبیعی و چه به‌عنوان بخشی از فرایندهای صنعتی مانند اسیدشویی و تمیزکاری، شرایطی را ایجاد می‌کنند که در آن واکنش‌های الکتروشیمیایی خوردگی با سرعت بالا رخ می‌دهد و منجر به کاهش عمر مفید تجهیزات می‌شود.

در چنین شرایطی، استفاده از بازدارنده‌های خوردگی به‌عنوان یک راهکار عملی و اقتصادی اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. بازدارنده‌ها موادی هستند که با افزودن مقدار کمی از آن‌ها به محیط خورنده، می‌توان نرخ واکنش‌های خوردگی را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داد. با این حال، بسیاری از بازدارنده‌های متداول که در گذشته به‌طور گسترده استفاده می‌شدند، دارای سمیت بالا، پایداری زیست‌محیطی ضعیف و اثرات مخرب بر سلامت انسان و اکوسیستم‌ها هستند. همین مسئله موجب شده است که در سال‌های اخیر، تمرکز پژوهش‌ها به سمت توسعه بازدارنده‌های «سبز» و پایدار سوق پیدا کند.

در این چارچوب، مایعات یونی سبز به‌عنوان گزینه‌ای نوین و آینده‌دار مطرح شده‌اند، مایعات یونی ترکیباتی نمکی هستند که برخلاف نمک‌های معمولی، در دمای نزدیک به محیط به حالت مایع باقی می‌مانند، ویژگی منحصربه‌فرد این مواد در آن است که ساختار شیمیایی آن‌ها را می‌توان به‌گونه‌ای طراحی کرد که هم‌زمان چندین ویژگی مطلوب، از جمله پایداری حرارتی، قابلیت جذب سطحی بالا، سمیت کم و زیست‌تخریب‌پذیری، در آن‌ها وجود داشته باشد، این انعطاف‌پذیری ساختاری باعث شده است که مایعات یونی در حوزه‌های مختلفی از جمله شیمی سبز، الکتروشیمی و مهار خوردگی مورد توجه قرار گیرند.

پژوهش حاضر با تمرکز بر دو مایع یونی سبز مبتنی بر کولین و اسیدهای آمینه، یعنی کولین–تیروزینات و کولین–پرولینات، تلاش کرده است تصویری جامع و کاربردی از توان این ترکیبات در مهار خوردگی فولاد نرم در محیط اسید هیدروکلریک ارائه دهد. انتخاب کولین به‌عنوان کاتیون، به دلیل زیست‌سازگاری بالا و نقش آن به‌عنوان یک ریزمغذی ضروری در سیستم‌های زیستی انجام شده است. از سوی دیگر، اسیدهای آمینه‌ای مانند تیروزین و پرولین به دلیل دارا بودن گروه‌های عاملی فعال و منشأ طبیعی، گزینه‌های مناسبی برای طراحی بازدارنده‌های کم‌خطر محسوب می‌شوند.

رویکرد این مطالعه تنها به بررسی کوتاه‌مدت محدود نشده، بلکه عملکرد بازدارنده‌ها را در بازه‌های زمانی مختلف و تحت شرایط ایستا و دینامیک بررسی کرده است، این نکته از آن جهت اهمیت دارد که بسیاری از مطالعات پیشین صرفاً به آزمایش‌های کوتاه‌مدت اکتفا کرده‌اند، در حالی که شرایط واقعی صنعتی اغلب شامل تماس طولانی‌مدت و جریان سیال است، بنابراین ارزیابی رفتار زمانی بازدارنده‌ها، گامی ضروری برای قضاوت واقع‌بینانه درباره قابلیت کاربرد صنعتی آن‌ها محسوب می‌شود.

نتایج حاصل از آزمون‌های کاهش وزن به‌روشنی نشان داد که افزودن مقدار بسیار اندکی از این مایعات یونی به محیط اسیدی، می‌تواند نرخ خوردگی فولاد نرم را به‌شدت کاهش دهد. نکته قابل‌توجه آن است که با افزایش زمان غوطه‌وری، کارایی بازدارندگی نه‌تنها کاهش نیافت، بلکه افزایش نیز پیدا کرد. این رفتار نشان‌دهنده آن است که مولکول‌های بازدارنده به‌تدریج بر سطح فلز جذب شده و یک لایه محافظ پایدار و متراکم تشکیل می‌دهند که مانع تماس مستقیم محیط خورنده با فلز می‌شود.

در مقایسه بین دو مایع یونی مورد بررسی، کولین–تیروزینات در تمامی شرایط عملکرد بهتری نسبت به کولین–پرولینات از خود نشان داد. این تفاوت عملکرد به‌ویژه در زمان‌های طولانی‌تر و در شرایط دینامیک، برجسته‌تر شد. چنین نتایجی نشان می‌دهد که ساختار مولکولی بازدارنده نقش تعیین‌کننده‌ای در میزان حفاظت ایجادشده ایفا می‌کند و انتخاب اجزای مناسب در طراحی مایعات یونی، می‌تواند تأثیر چشمگیری بر کارایی نهایی داشته باشد.

تحلیل‌های الکتروشیمیایی، از جمله طیف‌سنجی امپدانس و منحنی‌های پلاریزاسیون، دید عمیق‌تری نسبت به مکانیسم عملکرد این بازدارنده‌ها فراهم کرد. داده‌ها نشان داد که هر دو مایع یونی به‌صورت بازدارنده‌های مختلط عمل می‌کنند، به این معنا که هم واکنش‌های آن دی مربوط به حل‌شدن فلز و هم واکنش‌های کاتدی مربوط به آزادسازی گاز هیدروژن را مهار می‌کنند. کاهش محسوس چگالی جریان خوردگی و افزایش مقاومت انتقال بار در حضور بازدارنده‌ها، تأییدی روشن بر تشکیل یک سد محافظ مؤثر بر سطح فولاد است.

مطالعات مورفولوژی سطح نیز این یافته‌ها را به‌صورت بصری تأیید می‌کنند. تصاویر میکروسکوپی از سطح فولاد در محیط اسیدی بدون بازدارنده، تخریب شدید، ناهمواری‌های عمیق و حفره‌های متعدد را نشان می‌دهد، در مقابل در حضور مایعات یونی، سطح فلز تا حد زیادی یکنواخت و سالم باقی مانده است، کاهش قابل‌توجه زبری سطح، به‌ویژه در نمونه‌های حاوی کولین–تیروزینات، نشان‌دهنده توان بالای این ترکیب در ایجاد یک پوشش محافظ پایدار است.

از منظر شیمی مولکولی، دلیل برتری کولین–تیروزینات را می‌توان در وجود حلقه آروماتیک و گروه فنولی در ساختار تیروزین جست‌وجو کرد، این اجزا موجب افزایش چگالی الکترونی و بهبود توانایی برقراری برهم‌کنش‌های قوی‌تر با سطح فلز می‌شوند، محاسبات نظری مبتنی بر نظریه تابعی چگالی نشان داد که این ترکیب دارای گاف انرژی کمتر و قابلیت بالاتری برای انتقال الکترون است، ویژگی‌ای که به جذب قوی‌تر و پایدارتر روی سطح فولاد منجر می‌شود. در مقابل، کولین–پرولینات به دلیل نداشتن ساختار آروماتیک، از این مزیت محروم است و در نتیجه، عملکرد ضعیف‌تری از خود نشان می‌دهد.

تحلیل‌های طیف‌سنجی فرابنفش–مرئی و فروسرخ نیز شواهد مستقیمی از جذب بازدارنده‌ها بر سطح فلز ارائه کردند. جابه‌جایی پیک‌های جذبی و ظهور باندهای جدید پس از تماس فولاد با مایعات یونی، نشان‌دهنده شکل‌گیری پیوندها و برهم‌کنش‌هایی است که در نهایت به تشکیل لایه محافظ منجر می‌شود. این لایه همان عاملی است که نقش اصلی را در کاهش نفوذ یون‌های خورنده و مهار واکنش‌های مخرب ایفا می‌کند.

از دیدگاه کاربرد صنعتی، یافته‌های این پژوهش اهمیت راهبردی دارند، بسیاری از صنایع با محیط‌های اسیدی سروکار دارند و هم‌زمان با فشارهای فزاینده برای کاهش اثرات زیست‌محیطی روبه‌رو هستند، استفاده از بازدارنده‌هایی که هم کارایی بالا داشته باشند و هم کم‌خطر و پایدار باشند، می‌تواند به کاهش هزینه‌ها، افزایش طول عمر تجهیزات و ارتقای ایمنی منجر شود، مایعات یونی سبز برپایه کولین و اسیدهای آمینه، به‌ویژه کولین–تیروزینات، پتانسیل بالایی برای ایفای این نقش دارند.

در جمع‌بندی نهایی می‌توان گفت این مطالعه نشان می‌دهد که طراحی هوشمندانه بازدارنده‌های خوردگی با الهام از ترکیبات زیستی، مسیری عملی و مؤثر برای حل یکی از مشکلات دیرینه صنعت است، ترکیب داده‌های تجربی دقیق با تحلیل‌های نظری عمیق، تصویری جامع از مکانیسم عملکرد مایعات یونی سبز ارائه می‌دهد و زمینه را برای توسعه نسل جدیدی از مواد ضدخوردگی پایدار و سازگار با محیط‌زیست فراهم می‌سازد.