Experimental and Computational Study of Ecofriendly Synthesize d Imine Cationic Surfactants as Corrosion Inhibitors for Carbon Steel in 1 M HCl Translated title: Experimentelle und computerge stützte Untersuchung von umweltfreundlich synthetisierten kationischen Imintensiden als Korrosionsinhibitoren für Kohlenstoffstahl in 1 M HCl

Abstract

Most research interests focused on the development of non-toxic and environmentally green corrosion inhibitors. In this work, three environment friendly corrosion inhibitors based on cinnamaldehyde named N,N-dimethyl-N-(2-((3-phenylallylidene) amino)ethyl)octan-1-aminiumbromide (PhAEO), N,N-dimethyl-N-(2-((3-phenyl allylidene) amino)ethyl)decan-1-aminiumbromide (PhAED) and N,N-dimethyl-N-(2- ((3-phenylallylidene)amino)ethyl)dodecan-1-aminiumbromide (PhAEDD) were prepared. The chemical structures of the prepared green corrosion inhibitors were confirmed by FTIR and ¹H-NMR. Their surface activities were studied using different surface parameters. The corrosi on inhibition efficiency of these compounds in 1 M hydrochloric acid on carbon steel was investigated chemically using weight loss method at varing temperatures (30, 45, and 60°C) and electrochemically at 30°C using potentiodynamic polarization measurements and electrochemical impedance spectroscopy. The carbon steel surface was characte rized by Scanning Electron Microscopy. The results show that the prepared compounds have a significant inhibiting effect on the corrosion of carbon steel and protection efficiencies up to 92%. These results were supported by theoretical studies using Density Functional Theory (DFT), which was used to calculate some quantum chemical descriptors, particularly the energy of Highest Occupied Molecular Orbital (E _HOMO), Lowest Unoccupied Molecular Orbital (E _LUMO) and the energy band gap ΔE _gap. Fukui indices f ⁺ and f ^– for local nucleophilic and electrophilic attacks were considered. The theoretical results show that the behavior of the energy gap and adsorption energy is consistent with the sequence of the percent inhibition efficiency obtained by chemical and electrochemical measurements.

Kurzfassung

Die meisten Forschungsinteressen konzentrierten sich auf die Entwicklung ungiftiger und umweltfreundlicher Korrosionsinhibitoren. In dieser Arbeit wurden drei umweltfreundliche Korrosionsinhibitoren auf der Basis von Zimtaldehyd hergestellt: N,N-Dimethyl-N-(2-((3-Phenylallyliden)-amino)-ethyl)-octan-1-aminiumbromid (PhAEO); N,N-Dimethyl-N-(2-((3-Phenylall yliden)-amino)-ethyl)-decan-1-aminiumbromid (PhAED) und N,N-Di methyl-N-(2-((3-Phenylallyliden)-amino)-ethyl)-dodecan-1-aminiumbromid (PhAEDD). Die chemischen Strukturen der hergestellten grünen Korrosionsi nhibitoren wurden mit FTIR und ¹H-NMR bestätigt. Zur Bestimun g ihrer Oberflächenaktivitäten wurden verschiedene Oberflächenparameter bestimmt. Die Korrosionsinhibierungseffizienz dieser Verbindungen in 1 M Salzsäure auf Kohlenstoffstahl wurde chemisch mit der Gewichtsverlustmethode bei verschiedenen Temperaturen (30°C, 45°C und 60°C) sowie elektrochemisch bei 30°C mit potentiodynamischen Polarisationsmessungen und der elektrochemischen Impedanzspektroskopie untersucht. Die Kohlenstoffstahloberfläche wurde mit einem Rasterelektronenmikrosk op charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die hergestellten Verbindunge n eine signifikante Hemmwirkung auf die Korrosion von Kohlenstoffstahl und Schutzwirkungsgrade von bis zu 92% haben. Diese Ergebnisse wurden durch theoretische Studien unter Verwendung der Density Functional Theory (DFT) untermauert, mit deren Hilfe einige quantenchemische Deskriptore n, insbesondere die Energie des höchsten besetzten Molekülorbitals (E _HOMO), des niedrigsten nicht besetzten Molekülorbitals (E _LUMO) und die Energiebandlücke ΔE _gap, berechnet wurden. Fukui-Indizes f ⁺ und f ^– für lokale nucleophile und elektrophile Attacken wurden berücksicht igt. Die theoretischen Ergebnisse zeigen, dass das Verhalten der Energielücke und der Adsorptionsenergie mit der Abfolge der prozentualen Inhibitions effizienz übereinstimmt, die durch chemische und elektrochemische Messungen erhalten wird.