DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40754-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41935129
تاريخ النشر: 2026-04-04
المؤلف: Mahmoud G. A. Saleh وآخرون
الموضوع الرئيسي: سلوك التآكل والتثبيط
نظرة عامة
تدرس الدراسة فعالية تثبيط التآكل للسيطالوبرام المنتهي الصلاحية (Cp) على الفولاذ الكربوني في محلول 1.0 M HCl من خلال طرق كيميائية وكهروكيميائية متنوعة. تشير النتائج إلى أن معدل التآكل ينخفض بشكل كبير مع زيادة تركيز Cp، حيث تحقق كفاءة تثبيط تتجاوز 92% عند تركيز 0.005 M ودرجة حرارة 25 °م. يُعزى آلية التثبيط إلى امتصاص جزيئات Cp على سطح الفولاذ الكربوني، والذي يتبع معادلة امتصاص لانغمور. ينخفض ثابت توازن الامتصاص ($K_{ads}$) مع زيادة درجة الحرارة، مما يشير إلى إزالة جزئية، بينما تؤكد قيم الطاقة الحرة القياسية السلبية للامتصاص ($\Delta G^\circ_{ads}$)، التي تتراوح من -36.16 إلى -33.72 كيلوجول مول⁻¹، الطبيعة التلقائية لعملية الامتصاص، مما يشير إلى آلية مختلطة من الامتصاص الفيزيائي والكيميائي.
في الختام، تكشف القياسات الشاملة أن Cp المنتهي الصلاحية يقلل بشكل فعال من التآكل في حمض الهيدروكلوريك المخفف على الفولاذ الكربوني، مع زيادة كفاءة التثبيط مع زيادة تركيز Cp ولكن انخفاضها مع زيادة درجة الحرارة. تُظهر عملية الامتصاص خصائص فيزيائية بشكل أساسي، كما يتضح من الانخفاض في تغطية السطح وكفاءة التثبيط عند درجات حرارة أعلى. تعكس الألفة القوية لـ Cp مع سطح الفولاذ في قيم $K_{ads}$ العالية، بينما تشير المعلمات الديناميكية الحرارية المحسوبة، بما في ذلك $\Delta H^\circ_{ads} = -17.42$ كيلوجول مول⁻¹، إلى مزيج من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية في آلية التثبيط. بشكل عام، تضع هذه النتائج Cp المنتهي الصلاحية كعامل تثبيط فعال ومنخفض التكلفة وصديق للبيئة للتآكل على الفولاذ الكربوني في البيئات الحمضية.
مقدمة
يعتبر الفولاذ الكربوني جزءًا أساسيًا من صناعات النفط وتطبيقات صناعية وعملية متنوعة، ويرجع ذلك أساسًا إلى خصائصه الميكانيكية المواتية وكفاءته من حيث التكلفة. تُستخدم محاليل حمض الهيدروكلوريك (HCl) بشكل شائع في العمليات الصناعية لمهام مثل إزالة الصدأ والترسبات من أسطح الفولاذ، بالإضافة إلى معالجة أسطح المعادن مثل التخليل. على الرغم من استخدامها على نطاق واسع، فإن تطبيق محاليل HCl يقدم تحديات كبيرة، خاصة فيما يتعلق بتآكل الفولاذ الكربوني، مما قد يهدد سلامة وطول عمر المواد المعنية.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد وطرق التحضير المستخدمة في دراساتهم الغازية وفقدان الكتلة. تم تصنيع العينات من ورقة فولاذ كربوني، بأبعاد محددة تبلغ 7.5 سم × 0.4 سم × 2.2 سم، وتُقدم تركيبتها الكيميائية في الجدول 1. خضعت كل عينة لعملية تلميع باستخدام درجات ورق صنفرة تدريجية، مما يضمن سطحًا أملسًا للحصول على نتائج تجريبية دقيقة.
تم الحصول على المواد الكيميائية المستخدمة في التجارب من شركة ميرك، حيث حققت نقاءً بنسبة 99.9% واستخدمت دون تنقية إضافية. من الجدير بالذكر أن حمض الهيدروكلوريك المستخدم كان كاشفًا تحليليًا بتركيز 37%، ودرجة عادية 12، وكثافة نوعية 1.19، مما يشير إلى ملاءمته للتفاعلات الكيميائية المقصودة في الدراسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، أسفر تطبيق النموذج عن معامل تحديد ($R^2$) قدره 0.85، مما يشير إلى أن 85% من التباين في المتغير التابع يمكن تفسيره بواسطة المتغيرات المستقلة المدرجة في النموذج.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، مقارنتها بالأدبيات الحالية والأطر النظرية. تدعم النتائج الفرضيات الأولية فحسب، بل تقدم أيضًا رؤى حول المجالات المحتملة للبحث المستقبلي. تم الاعتراف بحدود الدراسة، وتُقترح توصيات لمزيد من التحقيق لتعزيز فهم الظواهر الملاحظة. بشكل عام، تسهم النتائج بشكل كبير في هذا المجال، مقدمة أساسًا للدراسات والتطبيقات العملية اللاحقة.
مناقشة
في هذا القسم، تركز المناقشة على فعالية مجموعة متنوعة من مثبطات التآكل الصديقة للبيئة، وخاصة الدواء المنتهي الصلاحية السيطالوبرام (Cp)، في التخفيف من التأثيرات التآكلية لحمض الهيدروكلوريك على الفولاذ الكربوني. تسلط الأبحاث الضوء على أن كفاءة تثبيط التآكل للمركبات العضوية تتأثر بشكل كبير بوجود ذرات غير متجانسة قادرة على منح إلكترونات زوجية مفردة، مما يسهل الامتصاص على أسطح المعادن. من الجدير بالذكر أن الدراسات أظهرت أن المستخلصات الطبيعية والمركبات المعدلة، بما في ذلك السكريات المتعددة ونقاط الكوانتم الكربونية المدعمة بالنيتروجين والكبريت، تظهر كفاءات تثبيط واعدة، وغالبًا ما تتجاوز 90% تحت ظروف معينة.
تم تقييم السيطالوبرام كمثبط للتآكل في 1.0 M HCl، مع تركيزات تتراوح من $5 \times 10^{-5}$ إلى $5 \times 10^{-3}$ M. كشفت النتائج أن السيطالوبرام قلل بشكل فعال من كثافة تيار التآكل من 1.07 مللي أمبير سم⁻² إلى 0.04 مللي أمبير سم⁻²، محققًا كفاءة تثبيط تصل إلى 92.5% عند التركيزات المثلى. تم عزو آلية الحماية إلى تكوين فيلم معقد ممتص على سطح الفولاذ، مما يعيق العمل التآكلي لأيونات الكلوريد. بالإضافة إلى ذلك، أكدت الدراسات الكهروكيميائية، بما في ذلك الاستقطاب الديناميكي القوي وطيف الامتصاص الكهروكيميائي (EIS)، أن السيطالوبرام يعمل كمثبط من نوع مختلط، مما يثبط بشكل فعال كل من العمليات الأنودية والكاثودية. يتبع امتصاص السيطالوبرام على سطح المعدن معادلة لانغمور، مما يشير إلى آلية استبدال حيث يتم إزاحة جزيئات الماء بواسطة المثبط، مما يعزز مقاومة التآكل.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-40754-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41935129
Publication Date: 2026-04-04
Author(s): Mahmoud G. A. Saleh et al.
Primary Topic: Corrosion Behavior and Inhibition
Overview
The study investigates the corrosion inhibition efficacy of expired citalopram (Cp) on carbon steel in a 1.0 M HCl solution through various chemical and electrochemical methods. Results indicate that the corrosion rate significantly decreases with increasing Cp concentration, achieving an inhibition efficiency exceeding 92% at a concentration of 0.005 M and a temperature of 25 °C. The inhibition mechanism is attributed to the adsorption of Cp molecules on the carbon steel surface, which follows the Langmuir adsorption isotherm. The adsorption equilibrium constant ($K_{ads}$) decreases with temperature, suggesting partial desorption, while the negative standard free energy of adsorption ($\Delta G^\circ_{ads}$) values, ranging from -36.16 to -33.72 kJ mol⁻¹, confirm the spontaneous nature of the adsorption process, indicating a mixed physisorption-chemisorption mechanism.
In conclusion, comprehensive measurements reveal that expired Cp effectively reduces corrosion in dilute hydrochloric acid on carbon steel, with inhibition efficiency increasing with Cp concentration but decreasing with temperature. The adsorption process predominantly exhibits physical characteristics, as evidenced by the reduction in surface coverage and efficiency at higher temperatures. The strong affinity of Cp for the steel surface is reflected in the high $K_{ads}$ values, while the calculated thermodynamic parameters, including $\Delta H^\circ_{ads} = -17.42$ kJ mol⁻¹, suggest a combination of physical and chemical interactions in the inhibition mechanism. Overall, these findings position expired Cp as an effective, low-cost, and environmentally friendly corrosion inhibitor for carbon steel in acidic environments.
Introduction
Carbon steel is integral to petroleum industries and various industrial and everyday applications, primarily due to its favorable mechanical properties and cost efficiency. Hydrochloric acid (HCl) solutions are commonly utilized in industrial processes for tasks such as rust and scale removal from steel surfaces, as well as in metal surface treatments like pickling. Despite their widespread use, the application of HCl solutions presents significant challenges, particularly concerning the corrosion of carbon steel, which can compromise the integrity and longevity of the materials involved.
Methods
In this section, the authors detail the materials and preparation methods used for their gasometric and mass loss studies. The samples were crafted from a carbon steel sheet, with specific dimensions of 7.5 cm x 0.4 cm x 2.2 cm, and their chemical composition is provided in Table 1. Each coupon underwent a polishing process utilizing progressively finer grades of abrasive paper, ensuring a smooth surface for accurate experimental results.
The chemicals employed in the experiments were sourced from Merck, achieving a purity of 99.9% and used without additional purification. Notably, the hydrochloric acid utilized was an analytical reagent with a concentration of 37%, a normality of 12, and a specific gravity of 1.19, indicating its suitability for the intended chemical reactions in the study.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. For instance, the application of the model yielded a coefficient of determination ($R^2$) of 0.85, suggesting that 85% of the variance in the dependent variable can be explained by the independent variables included in the model.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, comparing them with existing literature and theoretical frameworks. The results not only support the initial hypotheses but also provide insights into potential areas for future research. Limitations of the study are acknowledged, and recommendations for further investigation are proposed to enhance the understanding of the observed phenomena. Overall, the findings contribute significantly to the field, offering a foundation for subsequent studies and practical applications.
Discussion
In this section, the discussion focuses on the efficacy of various environmentally friendly corrosion inhibitors, particularly the expired drug citalopram (Cp), in mitigating the corrosive effects of hydrochloric acid on carbon steel. The research highlights that the corrosion inhibition efficiency of organic compounds is significantly influenced by the presence of heteroatoms capable of donating lone-pair electrons, which facilitate adsorption onto metal surfaces. Notably, studies have demonstrated that natural extracts and modified compounds, including polysaccharides and nitrogen-sulfur doped carbon quantum dots, exhibit promising inhibition efficiencies, often exceeding 90% under specific conditions.
Citalopram was evaluated as a corrosion inhibitor in 1.0 M HCl, with concentrations ranging from $5 \times 10^{-5}$ to $5 \times 10^{-3}$ M. The findings revealed that citalopram effectively reduced the corrosion current density from 1.07 mA cm⁻² to 0.04 mA cm⁻², achieving an inhibition efficiency of up to 92.5% at optimal concentrations. The protective mechanism was attributed to the formation of a complex adsorbed film on the steel surface, which hinders the corrosive action of chloride ions. Additionally, electrochemical studies, including potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), confirmed that citalopram acts as a mixed-type inhibitor, effectively suppressing both anodic and cathodic processes. The adsorption of citalopram on the metal surface follows a Langmuir isotherm, indicating a substitution mechanism where water molecules are displaced by the inhibitor, thereby enhancing corrosion resistance.