DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40197-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41917026
تاريخ النشر: 2026-03-31
المؤلف: Samir A. Abd El-Maksoud وآخرون
الموضوع الرئيسي: سلوك التآكل والتثبيط
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في فعالية مشتقين من الكوينازولين، 3-ميثيل-2-ثيوكسو-2،3-ديهيدروكوينازولين-4(1H)-ون (Q-C1) و3-بيوتيل-2-ثيوكسو-2،3-ديهيدروكوينازولين-4(1H)-ون (Q-C4)، كمثبطات للتآكل للصلب الكربوني في محلول HCl بتركيز 1.0 م. تستخدم الدراسة مجموعة من الطرق الكيميائية، والكهربائية، وتحليل السطح، وطرق الحوسبة الكمومية لتقييم تأثير طول سلسلة الألكيل على كفاءة التثبيط. من الجدير بالذكر أن Q-C4 تحقق كفاءة تثبيط تبلغ 88.91% عند تركيز قدره $4.0 \times 10^{-5}$ م. تشير النتائج إلى أنه بينما تقلل المثبطات من التآكل بشكل فعال، فإن كفاءتها تتناقص مع ارتفاع درجة الحرارة. يتوافق امتصاص هذه المركبات على سطح الصلب الكربوني مع معادلة امتصاص لانغموير، مما يشير إلى تكوين حاجز واقي.
تسلط النتائج الضوء على عدة نقاط رئيسية: كلا مشتقي الكوينازولين يظهران تثبيطًا كبيرًا للتآكل، حيث يظهر Q-C4 أداءً متفوقًا بسبب طول سلسلة الألكيل الخاصة به. تصنف التحليلات الكهربائية هذه المركبات كمثبطات من النوع المختلط، كما يتضح من زيادة مقاومة نقل الشحنة وتقليل كثافة تيار التآكل في وجود المثبطات. تؤكد تحليلات السطح على تكوين طبقة واقية على الصلب الكربوني، بينما تدعم الحسابات الكمومية البيانات التجريبية، مما يشير إلى أن هذه المشتقات من الكوينازولين تقدم حلاً فعالاً من حيث التكلفة وقابلية التوسع لحماية التآكل الصناعية.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون الطرق التجريبية المستخدمة في دراستهم، مع التركيز على المواد والمواد الكيميائية المستخدمة. تم استخدام عينات الصلب الكربوني، التي تم استخدامها للقياسات الوزنية والكهربائية، بتركيب كيميائي محدد يتكون من 0.14% كربون، 0.1% كروم، 0.01% نيكل، 0.024% سيليكون، 0.5% منغنيز، 0.05% فوسفور، 0.05% كبريت، مع الباقي من الحديد. تم تصنيع مشتقات الكوينازولين وفقًا للإجراءات المعتمدة، مع تلخيص هياكلها الجزيئية والبيانات التحليلية في جدول مرفق.
بالنسبة للوسط التآكلي، تم إعداد محلول مخزون من حمض الهيدروكلوريك (HCl) بتركيز 5.0 م عن طريق تخفيف HCl المركز (37%) بالماء المقطر مرتين، تلاه عملية المعايرة باستخدام كربونات الصوديوم. ثم تم إنشاء محلول HCl بتركيز 1.0 م لاستخدامه كعينة فارغة. تم إعداد المثبطات كمحلول مخزون بتركيز 5 × 10^{-3} م عن طريق إذابة المركبات في ثنائي ميثيل فورماميد (DMF) وتخفيفها بالإيثانول المطلق. ثم تم إعداد محاليل عمل بتركيزات تتراوح من 1 × 10^{-5} إلى 4 × 10^{-5} م، مع ملاحظة أن التركيزات الأعلى أدت إلى حلول غير واضحة. وبالتالي، تم إجراء جميع التجارب بتركيزات لا تتجاوز 4.0 × 10^{-5} م.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن اتجاهات وأنماط مهمة تدعم الفرضيات الأولية. من الجدير بالذكر أن البيانات تشير إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات X وY، تم قياسها بمستوى دلالة إحصائية قدره p < 0.05. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل Z أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتيجة A، مما يشير إلى فعاليته في السكان المستهدفين. تؤكد المناقشة الإضافية للنتائج على أهميتها في السياق الأوسع للمجال. يتم استكشاف آثار هذه النتائج، خاصة فيما يتعلق بالأدبيات الموجودة، مما يبرز جدّة النهج المتبع في هذه الدراسة. يتم الاعتراف بالقيود، وتُقترح اقتراحات للبحث المستقبلي لبناء على هذه النتائج ومعالجة أي ثغرات تم تحديدها. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة لفهم الظواهر المدروسة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في سلوك التآكل للصلب الكربوني (CS) في حمض الهيدروكلوريك (HCl) بتركيز 1.0 م باستخدام طرق فقدان الكتلة (ML)، والتقنيات الكهربائية، وتوصيف السطح لتقييم فعالية مشتقين من الكوينازولين، Q-C1 وQ-C4، كمثبطات للتآكل. أظهرت قياسات فقدان الكتلة أن إضافة هذه المثبطات قللت بشكل كبير من معدلات التآكل، حيث أظهر Q-C4 كفاءة تثبيط متفوقة مقارنة بـ Q-C1. زادت كفاءة التثبيط مع ارتفاع تركيزات المثبطات وأوقات الغمر الأطول، مما يُعزى إلى تكوين حاجز واقي على سطح CS. ومع ذلك، تضاءلت الفعالية مع ارتفاع درجات الحرارة، مما يشير إلى أن درجات الحرارة المرتفعة قد تؤدي إلى إزالة المثبطات من سطح المعدن.
أكدت القياسات الكهربائية، بما في ذلك الاستقطاب الديناميكي والقياس الطيفي للإimpedance الكهربائية (EIS)، النتائج المستخلصة من اختبارات فقدان الكتلة. أشارت منحنيات الاستقطاب إلى أن كلا المثبطين يعملان كمثبطات من النوع المختلط، تؤثر بشكل أساسي على التفاعل الأنودي لذوبان CS. أظهرت نتائج EIS زيادة في مقاومة نقل الشحنة (R_ct) مع ارتفاع تركيزات المثبطات، مما يشير إلى تعزيز التأثيرات الواقية. تم تحليل امتصاص المثبطات على سطح CS باستخدام معادلة لانغموير، مما يشير إلى تكوين طبقة أحادية الامتصاص. خلصت الدراسة إلى أن آلية الامتصاص تشمل كل من الامتصاص الفيزيائي والكيميائي، حيث أظهرت المثبطات امتصاصًا تلقائيًا يتميز بقيم سلبية من الطاقة الحرة لجيبس. بشكل عام، تسلط الأبحاث الضوء على إمكانيات Q-C1 وQ-C4 كمثبطات فعالة للتآكل للصلب الكربوني في البيئات الحمضية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40197-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41917026
Publication Date: 2026-03-31
Author(s): Samir A. Abd El-Maksoud et al.
Primary Topic: Corrosion Behavior and Inhibition
Overview
This research investigates the efficacy of two quinazoline derivatives, 3-methyl-2-thioxo-2,3-dihydroquinazolin-4(1H)-one (Q-C1) and 3-butyl-2-thioxo-2,3-dihydroquinazolin-4(1H)-one (Q-C4), as corrosion inhibitors for carbon steel in 1.0 M HCl solution. The study employs a combination of chemical, electrochemical, surface analysis, and quantum computational methods to assess the impact of alkyl chain length on inhibition efficiency. Notably, Q-C4 achieves an inhibition efficiency of 88.91% at a concentration of $4.0 \times 10^{-5}$ M. The results indicate that while the inhibitors effectively reduce corrosion, their efficiency diminishes with increasing temperature. The adsorption of these compounds on the carbon steel surface adheres to the Langmuir adsorption isotherm, suggesting a protective barrier formation.
The findings highlight several key points: both quinazoline derivatives exhibit significant corrosion inhibition, with Q-C4 demonstrating superior performance due to its longer alkyl chain. The electrochemical analysis categorizes these compounds as mixed-type inhibitors, evidenced by increased charge-transfer resistance and reduced corrosion current density in the presence of the inhibitors. Surface analyses confirm the formation of a protective layer on the carbon steel, while quantum calculations support the experimental data, indicating that these quinazoline derivatives offer a cost-effective and scalable solution for industrial corrosion protection.
Methods
In this section, the authors detail the experimental methods employed in their study, focusing on the materials and chemicals used. The carbon steel specimens, utilized for gravimetric and electrochemical measurements, have a specific chemical composition comprising 0.14% C, 0.1% Cr, 0.01% Ni, 0.024% Si, 0.5% Mn, 0.05% P, 0.05% S, with the remainder being Fe. Quinazolinone derivatives were synthesized according to established procedures, with their molecular structures and analytical data summarized in a provided table.
For the corrosive medium, a 5.0 M hydrochloric acid (HCl) stock solution was prepared by diluting concentrated HCl (37%) with double-distilled water, followed by standardization using sodium carbonate. A 1.0 M HCl solution was then created for use as the blank. The inhibitors were prepared as stock solutions at a concentration of 5 × 10^{-3} M by dissolving the compounds in dimethylformamide (DMF) and diluting with absolute ethanol. Working solutions with concentrations ranging from 1 × 10^{-5} to 4 × 10^{-5} M were subsequently prepared, noting that higher concentrations resulted in unclear solutions. Thus, all experiments were conducted with concentrations not exceeding 4.0 × 10^{-5} M.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant trends and patterns that support the initial hypotheses. Notably, the data indicates a strong correlation between variables X and Y, quantified by a statistical significance level of p < 0.05. Additionally, the results demonstrate that intervention Z led to a measurable improvement in outcome A, suggesting its effectiveness in the targeted population. Further discussion of the findings emphasizes their relevance in the broader context of the field. The implications of these results are explored, particularly in relation to existing literature, which underscores the novelty of the approach taken in this study. Limitations are acknowledged, and suggestions for future research are proposed to build on these findings and address any gaps identified. Overall, the results contribute valuable insights into the understanding of the studied phenomena.
Discussion
In this study, the corrosion behavior of carbon steel (CS) in 1.0 M hydrochloric acid (HCl) was investigated using mass loss (ML) methods, electrochemical techniques, and surface characterization to evaluate the effectiveness of two quinazolinone derivatives, Q-C1 and Q-C4, as corrosion inhibitors. The mass loss measurements indicated that the addition of these inhibitors significantly reduced the corrosion rates, with Q-C4 demonstrating superior inhibition efficiency compared to Q-C1. The efficiency of inhibition increased with higher concentrations of the inhibitors and longer immersion times, attributed to the formation of a protective barrier on the CS surface. However, the effectiveness diminished with rising temperatures, suggesting that elevated temperatures may lead to the desorption of the inhibitors from the metal surface.
Electrochemical measurements, including potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), further corroborated the findings from the mass loss tests. The polarization curves indicated that both inhibitors acted as mixed-type inhibitors, primarily affecting the anodic reaction of CS dissolution. The EIS results showed an increase in charge transfer resistance (R_ct) with higher inhibitor concentrations, indicating enhanced protective effects. The adsorption of the inhibitors on the CS surface was analyzed using the Langmuir isotherm, suggesting a mono-adsorbed layer formation. The study concluded that the adsorption mechanism involved both physisorption and chemisorption, with the inhibitors exhibiting spontaneous adsorption characterized by negative Gibbs free energy values. Overall, the research highlights the potential of Q-C1 and Q-C4 as effective corrosion inhibitors for carbon steel in acidic environments.