KOROZYON ĐNHĐBĐTÖRÜ OLARAK FINDIKKABUĞU EKSTAKININ DÜŞÜK KARBON ÇELĐĞĐNE ETKĐSĐ

Transkript

1 MYO-ÖS Ulusal Meslek Yüksekokulları Öğrenci Sempozyumu EKĐM 2010-DÜZCE KOROZYON ĐNHĐBĐTÖRÜ OLARAK FINDIKKABUĞU EKSTAKININ DÜŞÜK KARBON ÇELĐĞĐNE ETKĐSĐ Hüsnü Gerengi a ve Suna Nas b* a Düzce Üniversitesi, Kaynaşlı Meslek Yüksekokulu, husnugerengi@duzce.edu.tr b* Düzce Üniversitesi, Teknik Eğitim Fak., Yapı Eğitimi ABD, suna_nas@hotmail.com ÖZET Korozyon önleyiciler (inhibitörler), korozif etkiyi azaltmak veya önlemek için korozyon ortamına katılan maddelerdir. Bu maddeler çoğu durumlarda metal yüzeyinde koruyucu bir tabaka oluşturarak korozyonu önlemektedir. Đnhibitörler, sanayinin her alanında kullanılmaktadır yılında dünyada kullanılan inhibitörlerin toplam ekonomik değeri 1.1 Milyar dolar olduğu tespit edilmiştir. Korozyonu önleme çalışmalarında inhibitör uygulamalarının önemi çok büyüktür. Birçok kimyasal madde, bazı metal ve alaşımların korozyona karşı korunmasında kullanılmaktadır. Etkin inhibitörler, korozyon araştırmaları sırasında, belirli kimyasal maddeler denenerek tespit edilmiştir. Bu çalışmanın amacı ciddi bir ekonomik kazanç elde edilmeyen fındıkkabuğundan elde edilen çözeltinin, oldukça korozif bir ortam olan %5 lik NaCl çözeltisindeki düşük karbon çeliğinden yapılmış levhaların korozyonuna etkisinin araştırılmasıdır. Korozyon ölçüm metotlarından biri olan gravimetrik metot kullanılarak, fındıkkabuğunun inhibitör etkinliği hesaplanmıştır. Fındıkkabuğu derişimine bağlı olarak, düşük karbon çeliğinden yapılmış levhaların %5 lik NaCl içersinde daha az korozyona uğradığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Düşük karbon çeliği; %5 NaCl; Korozyon; Fındıkkabuğu; Đnhibitör 1.Giriş Korozyon reaksiyonları Au, Pt, Ir ve Pd gibi soy metaller dışındaki metallerin termodinamik kararsızlığı sonucu veya dış akımların etkisiyle gerçekleşir [1]. Korozyon olayında yürüyen tepkimeler, elektrokimyasal bir hücrede yürüyen tepkimelere benzerdir. Karşılıklı yürüyen anodik ve katodik reaksiyonlar korozyon hızını ortaya koyar. Korozyon kayıpları ülkelerin gayri safi milli hâsılanın yaklaşık %3,5 - %4,5 u kadardır yılında ABD de korozyon kaybı 70 milyar dolar olarak hesaplanmıştır yılında bu kayıp 126 milyar dolar seviyesine kadar yükselmiştir [2]. 1

2 Đngiltere devlet korozyon komitesinin yaptığı araştırmaya göre, Đngiltere de yıllık 1365 milyon paund korozyon ve korozyonun neden olduğu ekonomik kayıp söz konusudur [3]. Amerika Birleşik Devletleri nde sadece otomobillerin korozyona uğraması ile yıllık 100 milyon dolar ekonomik kayıp oluşmuştur [4]. Korozyonun neden olduğu ekonomik kayıplar tahmin edilenlerin çok üstündedir. Örneğin, patlak bir su borusunu değiştirmek ile o patlağın tespit edilinceye kadar neden olduğu ekonomik zarar, zaman ve iş kaybı kıyaslanamayacak kadar farklıdır. Metallerin büyük bir kısmı su ve atmosfer etkisine dayanıklı olmayıp normal koşullar altında bile korozyona uğrayabilirler. Korozyon olayı endüstrinin her bölümünde kendini gösterir. Bugün, aşağıda belirtilen nedenlerle metalik korozyonun önemi daha da artmaktadır; o Teknolojinin bütün alanlarında metallerin kullanılması, o Đnşaat sektörünün hızlı bir şekilde çelik konstrüksiyona yönelmesi, o Dünya nüfusundaki hızlı artışın metal üretimiyle paralellik göstermesi, o Korozyona uğrayan cihazların bozulması veya arızalanması sonucu endüstri üretimin azalması, o Korozyon ürünü malzemelerin insan sağlığı ve çevre açısından son derece zararlı olduğunun iyice anlaşılması, o Yeraltı maden yataklarının hızla tükeniyor olması gerçeği, Günümüzde modern binaların, köprülerin, otomobillerin, gemilerin, uzay araçlarının, makinelerin, su-petrol boru hatlarının ve ev araçlarının yapılmasında çelik kullanılır. Yeryüzünde en çok kullanılan alaşım çeliktir. Çelik alaşımı üzerinde yapılan yeni çalışmalar ve geliştirilen yeni formlar çelik alaşımından kolay vazgeçilmeyeceğinin kanıtıdır. Çelik olarak tanımlanan 8000 den fazla metal üretilmekte olup, bunların içerisinde 120 kadarı paslanmaz çelik olarak nitelendirilir. Bu sayılar bile, endüstri için konunun önemini açıklamada bir ölçek oluşturmaktadır [5]. Korozyonu önleme çalışmalarında inhibitör uygulamalarının önemi çok büyüktür. Birçok kimyasal madde, bazı teknik metal ve alaşımların korozyona karşı korunmasında kullanılmaktadır [6]. Etkin inhibitörler, korozyon araştırmaları sırasında, belirli kimyasal maddeler denenerek tespit edilmiştir. Bu çalışma ile düşük karbon çeliğinin %5 lik NaCl lü ortamda ki korozyon mekanizması incelenmiş ve fındıkkabuğu ekstrakının derişimine bağlı olarak bu metal levhalara olan etkisi tartışılmıştır. 2

3 2. Materyal ve Metot 2.1. Đnhibitör olarak fındıkkabuğu Fındıkkabuğu, yaklaşık 4100 cal/g ısıtma değeriyle genelde yakacak olmak üzere, gelişen teknolojiye bağlı olarak kontralit denen yapay tahta ile kömürleştirme yoluyla biriket kömürü ve aktif kömür üretiminde kullanılmaktadır. Fındıkkabuğu %22.2 değerinde selüloz (Şekil 1.) ihtiva etmektedir. Selüloz, suda % ile %17 aralığında sıcaklığa bağlı çözünen doğal bir polimerdir [7,8]. Sakkaroz (Şekil 2.) molekülünün çözülme hızı oldukça yüksektir. Suda kolay çözülen sakkaroz molekülü fındık içerisinde %3 ile %5 oranındadır [9]. Sakkarozun inhibitör özelliği gösterdiği bilinmektedir [10,11]. Şekil 1. Selülozun molekül yapısı Şekil 2. Sakkarozun molekül yapısı 2.2. Numunenin hazırlanması Deneyde kullanılan levhaların birleşimi, Eskişehir TÜVASAŞ tesislerinde incelenmiş ve Tablo 1. de gösterilmiştir. Düşük karbon çeliğinden yapılmış levha numuneleri (Şekil 3.), deney öncesi 1600 numara zımpara kâğıdı ile zımparalanıp yüzeyi parlak ve pürüzsüz hale getirilmiştir. Asetonla yüzeyi silinen numuneler belirlenen derişimde hazırlanan 400 ml hacimli beherlere konulmuştur. Deneyler 15 er günlük periyotlar halinde dört defa tekrarlanmıştır. 3

4 Şekil 3. Kullanılan numunelerin şekli ve ebatları Tablo 1. Düşük Karbon Çeliği alaşımının birleşimi Element Birleşim (%) Karbon (C) Silisyum (Si) Mangan (Mn) Fosfor (P) Kükürt (S) Krom (Cr) Nikel (Ni) Alüminyum (Al) Bakır (Cu) Demir (Fe) Deneyin yapılışı 100 gr fındıkkabuğu tartılıp üzerine 1000 ml saf su dökülerek fındık kabuğu içersindeki maddelerin çözeltiye geçmesini sağlamak amacıyla hücreler iki gün boyunca sıcaklıkları 55 o C de [12] sabit tutulmuştur. Daha sonra hücreler soğumaya bırakılmış ve bütün diğer deneyler oda sıcaklığında yapılmıştır. Đnhibitör derişimindeki artışa bağlı olarak korozyon inhibisyonundaki değişimi hesaplamak için fındıkkabuğunun bulunduğu çözeltilerden sırasıyla 100 ml, 200 ml ve 300 ml alıp %5 lik NaCl çözeltisi ile 400 ml ye tamamlanmıştır. Ayrıca inhibitörsüz ve tamamen (400 ml Fındıkkabuğu çözeltisi) inhibitörlü deney hücrelerinde de ölçümler yapılmıştır. 4

5 2.4 Gravimetrik (Kütle kaybı) yöntem Kütle kaybı yöntemi, korozyon ölçüm metotlarındaki gelişmelere rağmen hâlâ kullanılan vazgeçilmez yöntemlerden biridir [13,14]. Yapılan dört ölçümün sonuçları ortalaması alınıp, Eşitlik 1. de gösterilen formül yardımıyla inhibisyon yüzdeleri hesaplanmıştır. Wi IE % = [1 ( )] 100 (1) W o W o = inhibitörsüz ortamdaki numunenin kütle kaybı W i = inhibitörlü ortamdaki numunenin kütlesi kaybı % IE = Đnhibisyon yüzdesi 3. Bulgular ve Yorum Đnhibitörsüz ve 4 farklı derişimde hazırlanan ortamlarda düşük karbon çeliğinin 15 gün sonunda hesaplanan ağırlık kayıpları Şekil 4. te gösterilmiştir. Çözeltideki fındıkkabuğu ekstarakının artışına bağlı olarak ağırlık kayıpları azalmıştır. Eşitsizlik (1) yardımıyla hesaplanan inhibisyon yüzdeleri de Fındıkkabuğunun (FK) inhibitör olarak etkinlik gösterdiğini kanıtlamaktadır. Tablo 2. de görüleceği üzere Fındıkkabuğu (FK) miktarındaki artışa bağlı olarak inhibisyon yüzdesi artmaktadır. Deney hücrelerinin hesaplanan ph ve iletkenlik değerleri ortalaması incelendiğinde ph ve iletkenlik değerlerinin de azaldığı gözlemlenmektedir. Đletkenliğin azalması korozif etkinin azalması ile doğrudan ilişkilidir. Fakat ph için bu söylenemez [15]. Alkali ortamlarda bile korozyonun gerçekleşebileceği bilinmektedir. 5

6 Şekil 4. Ortama bağlı olarak hesaplanan kütle kaybı değişimi Şekil 5. Saf demirin sulu ortamda Pourbaix diyagramı Şekil 5. te saf demirin ph değişimine bağlı korozyon davranışı gösterilmektedir. ph değerinin oldukça yüksek olduğu noktalarda bile korozyon gerçekleşmektedir. Fındıkkabuğu bileşimini incelediğimizde, selülozun molekül yapısı olarak konjuge bağlar içermesi onun inhibitör olarak davranacağını göstermesine rağmen suda çözünürlüğünün oldukça az [7,8] olması, deneyimizde inhibitör olarak sakkaroz molekülünün davrandığı kanaatini uyandırmaktadır [16-18]. 6

7 Tablo 2. Fındıkkabuğunun (FK) madde miktarına bağlı olarak gösterdikleri inhibasyon (%IE), ph ve iletkenlik etkinliği Đnhibitör Derişimi (ml/400 ml) Đnhibitör Etkinliği (IE%) ph (ortalamsı) Đletkenlik (ortalamsı) Đnhibitörsüz ms/cm 100 ml FK ms/cm 200 ml FK ms/cm 300 ml FK ms/cm 400 ml FK µs/cm 4. Sonuçlar Kütle kaybı yöntemiyle yaptığımız bu çalışma %5 NaCl çözeltisi gibi oldukça korozif bir ortamda fındıkkabuğunun inhibitör olarak kullanılabileceğini ortaya koymaktadır. Ekolojik inhibitörler, Prof. Dr. K. F. Khaled ın ilgili makalede [19] belirttiği gibi son zamanlarda en çok araştırılan konulardan biridir. Özellikle çalışmamızda kullandığımız ve başta yöre halkı için kayda değer ekonomik değeri olmayan bu ürünlerin korozif etkisine dair çalışmalar çok önem arz etmektedir. Bu çalışmada inhibitör miktarına bağlı olarak fındıkkabuğu miktarının korozyon hızını azalttığı tespit edilmiştir. 5.Kaynaklar 1. Gerengi, H. (2008). Tafel Polarizasyon (TP), Lineer Polarizasyon (LP), Harmonik Analiz (HA) ve Dinamik Elektrokimyasal Đmpedans Spektroskopisi (DEIS) Yöntemleriyle Düşük Karbon Çeliği (AISI 1026), Pirinç-MM55 ve Nikalium-118 Alaşımlarının Yapay Deniz Suyunda Korozyon Davranışları ve Pirinç Alaşımlarına Benzotriazol ün Đnhibitör Etkisinin Araştırılması. Doktora Tezi, Eskişehir Osmangazi Ünversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 2. Üneri, S. (2000). Korozyonun Temel Đlkeleri. SAGEM, (Ankara), 462s. 3. Kenneth, R.T. (1998). Corrosion For Science and Engineering, ISBN Longman pub. ( s). 4. Gerengi H., Şamandar A. (2009). The necessity of corrosion technology program. Selçuk Üniversitesi Kadınhanı Faik Đçil Meslek Yüksekokulu 1.Uluslararası 5.Ulusal Meslek Yüksekokulları Sempozyumu, ( Mayıs 2009), Konya Oral presentation/ Presentation book page: Serfiçeli, Y. (2000). Malzeme Bilgisi. Cem Dizgi, Ankara, (375s). 6. Gerengi H., Darowicki K., Bereket G., Slepski P. (2009). Evaluation of corrosion inhibition of brass-118 alloy in artificial seawater by benzotriazole using dynamic EIS. Corrosion Science, Volume: 51; Issue: 11; Page:

8 7. Guler C., Copur Y., Tascioglu C. (2008). The manufacture of particleboards using mixture of peanut hull (Arachis hypoqaea L.) and European Black pine (Pinus nigra Arnold) wood chips. Bioresource Technology 99, Demirbas, A. (2006). Effect of temperature on pyrolysis products from four nut shells. J. Anal. Appl. Pyrolysis 76, Wall, M.M., Gentry, T.S. (2007). Carbohydrate composition and color development during drying and roasting of macadamia nuts (Macadamia integrifolia). LWT 40, Solomon, M.M., Umoren, S.A., Udosoro, I.I., Udoh, A.P. (2010). Inhibitive and adsorption behaviour of carboxymethyl cellulose on mild steel corrosion in sulphuric acid solution. Corrosion Science, Article in press. 11. Ribeiro, A.C.F., Esteso, M.A., Lobo, V.M.M., Valente, A.J.M., Simoes, S.M.N., Sobral, A.J.F.N., Burrows, H.D. (2007). Interactions of copper (II) chloride with sucrose, glucose, and fructose. Journal of Molecular Structure 826, Gopi,D., Govindaraju, K.M., Prakash, V.C.A., Sakila, D.M.A., Kavitha, L. (2009). A study on new benzotriazole derivatives as inhibitors on copper corrosion in ground water. Corrosion Science, 51, Ravichandran, R., Nanjundan, S., Rajendran, N. (2004). Effect of benzotriazole derivatives on the corrosion of brass in NaCl solutions. Applied Surface Science, 236, Abiola, O. K., Otaigbe, J.O.E. (2009). The effects of Phyllanthus amarus extract on corrosion and kinetics of corrosion process of aluminum in alkaline solution. Corrosion Science, 51, Pourbaix, M. (1973). Lectures on Electrochemistry Corrosion., Ostovari, A., Hoseinieh, S.M., Peikari, M., Shadizadeh, S.R., Hashemi, S.J. (2009). Corrosion inhibition of mild steel in 1 M HCl solution by henna extract: A comparative study of the inhibition by henna and its constituents (Lawsone, Gallic acid, α-d-glucose and Tannic acid). Corrosion Science, 51, El-Etre, A.Y. (1998). Natural honey as corrosion inhibitor for metals and alloys. I. copper in neutral aqueous solution. Corrosion Science, 40, El-Etre, A.Y., Abdallah, M. (2000). Natural honey as corrosion inhibitor for metals alloys. II. C-steel in high saline water. Corrosion Science, 42, Khaled, K. F. (2009). Monte Carlo simulations of corrosion inhibition of mild steel in 0.5 M sulphuric acid by some green corrosion inhibitors. J Solid State Electrochem, 13,