DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-41526-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41748873
تاريخ النشر: 2026-02-27
المؤلف: Mohammad Mahdi Alemnezhad وآخرون
الموضوع الرئيسي: سلوك التآكل والتثبيط
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة إمكانيات تثبيط التآكل لاستخراج الماء من نبات Hedge Bindweed (Calystegia sepium) كبديل مستدام لحماية النحاس في بيئة ملحية محايدة (3.5 wt.% NaCl). باستخدام تقنيات كهروكيميائية مثل الاستقطاب الديناميكي القوي وطيف الامتداد الكهروكيميائي (EIS)، قامت الدراسة بتقييم أداء المستخلص عبر نطاق درجات حرارة من 25-65 درجة مئوية. أظهرت النتائج كفاءة تثبيط قصوى بلغت 91.9% عند تركيز 5×10⁻³ M، مع تأكيد قياسات فقد الوزن لهذه الفعالية عند 90.4%.
علاوة على ذلك، أظهر المستخلص استقرارًا حراريًا جديرًا بالثناء، حيث حافظ على حوالي 50% من كفاءة التثبيط حتى عند 65 درجة مئوية. كشفت تحليلات الفولتامترية ذات المسح الخطي المعتمدة على درجة الحرارة (LSV) عن زيادة في طاقة التنشيط في وجود المثبط، مما يشير إلى تقليل معدل تفاعل التآكل. تم فحص شكل السطح والتركيب العنصري باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، مما قدم رؤى إضافية حول آليات الحماية للمستخلص.
مقدمة
التآكل هو ظاهرة شائعة تؤثر بشكل كبير على متانة وعمر الهياكل المعدنية، مما يؤدي إلى عواقب اقتصادية كبيرة. يُقدّر أن التدهور المرتبط بالتآكل يمثل حوالي 3-4% من الناتج المحلي الإجمالي لدولة ما، مما يترجم إلى تكلفة عالمية سنوية تقارب 2.5 تريليون دولار أمريكي. هذه المشكلة حرجة بشكل خاص في البيئات الصناعية، بما في ذلك مبادلات الحرارة، وأنظمة تبريد محطات الطاقة، ومرافق صهر النحاس، حيث تؤثر سلبًا على الإنتاجية وكفاءة التشغيل وموثوقية المعدات.
بالإضافة إلى تأثيرها الاقتصادي، يمثل التآكل مخاطر سلامة كبيرة من خلال المساس بالسلامة الميكانيكية للهياكل. تتطلب التحديات المتعددة الأوجه التي يطرحها التآكل أبحاثًا مستمرة وحلولًا مبتكرة للتخفيف من آثارها وتعزيز عمر المكونات المعدنية في تطبيقات مختلفة.
طرق
في هذه الدراسة، تم اختيار المواد والمذيبات التجريبية بعناية لضمان نتائج عالية الجودة. تم الحصول على المادة النباتية، Calystegia sepium (Hedge Bindweed)، من جامعة آية الله بروجردي في بروجرد، محافظة لورستان، إيران، مع الحصول على الأذونات المناسبة. تم إعداد عينة مرجعية لتوثيق الجمع. كانت كل من كلوريد الصوديوم والإيثانول المستخدمين من الدرجة التحليلية من Merck، بينما تم الحصول على الأسيتون من الدرجة الصناعية من Metron في دبي، الإمارات العربية المتحدة.
لإجراء التحقيقات الكهروكيميائية، تم استخدام صفائح نحاسية مستطيلة قياس 1×3 سم بسمك 1 مم كأقطاب. تم تصنيع هذه العينات النحاسية من نحاس تجاري عالي النقاء، تم تأكيده من خلال التحليل الكمي، الذي أشار إلى تركيب يبلغ حوالي 99.8 wt.% من النحاس، مع شوائب معدنية ضئيلة (Si، Ni، Pb، S، وBi) مجتمعة أقل من 0.2 wt.%. يبرز مستوى النقاء هذا ملاءمة الأقطاب النحاسية لدراسات التآكل والكهروكيمياء.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على سلوك تآكل النحاس وسبائكه في بيئات مختلفة، مع التأكيد على الآثار الضارة للعوامل العدوانية مثل أيونات الكلوريد. بينما يُقدّر النحاس لقابليته الممتازة للتوصيل ومقاومته للهجرة الكهربائية، فإن مقاومته للتآكل تتعرض للخطر في البيئات الحمضية والغنية بالكلوريد. تحدد الدراسة أنه في الوسائط الحمضية، يتم دفع التآكل بشكل أساسي بواسطة نشاط البروتون، بينما في المحاليل الكلورية المحايدة، تعطل الامتصاص المحدد لأيونات الكلوريد الطبقة الواقية من الأكسيد، مما يؤدي إلى ظواهر تآكل موضعية مثل الحفر.
تقدم الورقة استخراج Hedge Bindweed (HBE) كمثبط تآكل أخضر جديد للنحاس، مما يوضح فعاليته في التخفيف من التآكل في البيئات المالحة. تستخدم الدراسة نهجًا شاملاً، يدمج تقنيات كهروكيميائية، وتحليلات حرارية، وتوصيف كيميائي نباتي لتأسيس علاقة بين المكونات الجزيئية لـ HBE وآلية تثبيطه. تشير النتائج إلى أن HBE يقلل بشكل كبير من معدل التآكل، محققًا كفاءة تثبيط قصوى تبلغ 91.9% عند تركيز 20 v/v%. تختتم الدراسة بأن HBE يعمل كمثبط من النوع المختلط، مما يشكل بشكل فعال طبقة واقية على أسطح النحاس تحد من وصول العوامل التآكلية، مما يعزز الاستقرار طويل الأمد للنحاس في البيئات العدوانية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-41526-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41748873
Publication Date: 2026-02-27
Author(s): Mohammad Mahdi Alemnezhad et al.
Primary Topic: Corrosion Behavior and Inhibition
Overview
This study explores the corrosion inhibition potential of Hedge Bindweed (Calystegia sepium) water extract as a sustainable alternative for protecting copper in a neutral saline environment (3.5 wt.% NaCl). Utilizing electrochemical techniques such as potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the research assessed the extract’s performance across a temperature range of 25-65°C. The findings indicated a peak inhibition efficiency of 91.9% at a concentration of 5×10⁻³ M, with weight loss measurements corroborating this effectiveness at 90.4%.
Moreover, the extract demonstrated commendable thermal stability, maintaining approximately 50% inhibition efficiency even at 65°C. Temperature-dependent linear sweep voltammetry (LSV) analyses revealed an increase in activation energy in the presence of the inhibitor, suggesting a reduction in the corrosion reaction rate. Surface morphology and elemental composition were further examined using scanning electron microscopy (SEM), providing additional insights into the protective mechanisms of the extract.
Introduction
Corrosion is a pervasive phenomenon that significantly undermines the durability and lifespan of metallic structures, leading to considerable economic repercussions. It is estimated that corrosion-related degradation accounts for approximately 3-4% of a nation’s gross domestic product (GDP), translating to an annual global cost of nearly 2.5 trillion USD. This issue is particularly critical in industrial settings, including heat exchangers, power plant cooling systems, and copper smelting facilities, where it adversely affects productivity, operational efficiency, and equipment reliability.
In addition to its economic impact, corrosion presents substantial safety hazards by compromising the mechanical integrity of structures. The multifaceted challenges posed by corrosion necessitate ongoing research and innovative solutions to mitigate its effects and enhance the longevity of metallic components in various applications.
Methods
In this study, the experimental materials and solvents utilized were carefully selected to ensure high-quality results. The plant material, Calystegia sepium (Hedge Bindweed), was sourced from Ayatollah Boroujerdi University in Boroujerd, Lorestan Province, Iran, with appropriate permissions obtained. A voucher specimen was prepared to document the collection. The sodium chloride and ethanol used were of analytical grade from Merck, while industrial-grade acetone was sourced from Metron in Dubai, UAE.
For the electrochemical investigations, rectangular copper sheets measuring 1×3 cm with a thickness of 1 mm were employed as electrodes. These copper specimens were fabricated from high-purity commercial copper, confirmed through quantometric analysis, which indicated a composition of approximately 99.8 wt.% copper, with trace metallic impurities (Si, Ni, Pb, S, and Bi) collectively below 0.2 wt.%. This purity level underscores the suitability of the copper electrodes for corrosion and electrochemical studies.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the corrosion behavior of copper and its alloys in various environments, emphasizing the detrimental effects of aggressive agents such as chloride ions. While copper is valued for its excellent conductivity and resistance to electromigration, its corrosion resistance is compromised in acidic and chloride-rich environments. The study identifies that in acidic media, corrosion is primarily driven by proton activity, whereas in neutral chloride solutions, the specific adsorption of chloride ions disrupts the protective oxide layer, leading to localized corrosion phenomena like pitting.
The paper introduces Hedge Bindweed Extract (HBE) as a novel green corrosion inhibitor for copper, demonstrating its efficacy in mitigating corrosion in saline environments. The research employs a comprehensive approach, integrating electrochemical techniques, thermodynamic analyses, and phytochemical profiling to establish a correlation between the molecular constituents of HBE and its inhibition mechanism. Results indicate that HBE significantly reduces the corrosion rate, achieving a maximum inhibition efficiency of 91.9% at a concentration of 20 v/v%. The study concludes that HBE functions as a mixed-type inhibitor, effectively forming a protective layer on copper surfaces that limits the access of corrosive agents, thereby enhancing the long-term stability of copper in aggressive environments.