Молекулу нового вещества, которое может защищать сталь от коррозии
в кислой среде, теоретически смоделировал молодой ученый, доцент
кафедры физики конденсированных сред Института нанотехнологий в
электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) НИЯУ МИФИ
Константин Катин.
Важнейшим практическим применением данной разработки в будущем
может стать защита стальных труб – благодаря новому веществу может быть
увеличен срок службы самых разных трубопроводов.
Новая молекула является ингибитором коррозии – то есть она способна
замедлять процесс разрушения металла под воздействием негативных
факторов внешней среды. Задача по защите стали в кислой среде особенно
важна для нефтепроводов, поскольку и сырая нефть, и некоторые
нефтепродукты обладают уровнем кислотности, достаточным для того,
чтобы «разъедать» незащищенные стальные трубы со скоростью несколько
миллиметров в год. Срок службы нефтепровода без специального
внутреннего покрытия не превышает нескольких лет.
Новое органическое вещество, теоретически сконструированное в
НИЯУ МИФИ (его научное название - 1-аллил-3-(2,3,5,6-тетраметилбензил)-
5,6-диметилбензимидазолийхлорида), было синтезировано коллегами в
Турции, чьи исследования показали, что новая молекула ингибирует (то есть
замедляет) коррозию стали в кислой среде с эффективностью 97,6%. То есть
скорость разрушения трубы составляет всего 2,4% от той, которая
наблюдалась бы без использования защитного покрытия. Проверка защитных
свойств нового вещества проводилась в сотрудничестве с учеными из
Республиканского университета Сиваса (г. Сивас, Турция) и других
университетов Турции.
«Наш ингибитор находится на уровне лучших существующих аналогов
– антикоррозийных эмалей и покрытий для нефтепроводов. Его
потенциальные преимущества – дешевизна, безопасность для окружающей
среды и способность формировать непрерывный устойчивый слой на
внутренней поверхности трубы», – рассказал Константин Катин.
По словам ученого, несмотря на практическую значимость
ингибирования коррозии, подбор ингибиторов до сих пор часто проводится
методом проб и ошибок. Компьютерное моделирование давно используется
при разработке ингибиторов, однако обычно разработка идет в такой
последовательности: начальная структура ингибитора предлагается на основе
химической интуиции, а моделирование позволяет немного скорректировать
ее и заранее подтвердить эффективность», – отметил ученый.
Сам по себе химический состав нового вещества не содержит никакого
секрета, оно состоит в основном из водорода, углерода и азота, однако его
защитные свойства определяются многими факторами, среди которых
уникальная пространственная структура молекулы, ее адгезия (т.е.
сцепление) со стальной поверхностью, способность растворяться в нефти, различные физические, в том числе электрохимические, свойства защитного
слоя. Именно сложное взаимодействие всех этих факторов, по словам
Константина Катина, и определяет эффективность ингибитора.
Но в планах ученых не просто получение нового вещества, а
разработка нового метода конструирования молекул, который позволит
«перепоручить» компьютерной нейросети разработку веществ с заранее
заданными свойствами с учетом его электрохимических, пространственных и
других характеристик.
«Мы рассчитываем обучить нейронную сеть, которая сможет
учитывать все эти характеристики. Она позволит полностью отказаться от
какой-либо физико-химической интуиции на первом этапе и с самого начала
выбирать структуру ингибитора строго рациональным образом. Мы сможем
осуществить экстенсивный компьютерный перебор множества молекул и
найти такие ингибиторы, эффективность которых приблизится к 100%. А
пока мы кропотливо собираем данные для обучения сети и всегда рады тем,
кто готов поучаствовать в этой работе», – заключил он.
Результаты исследования турецких и российских ученых
опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Adhesion Science and
Technology (https://doi.org/10.1080/01694243.2022.2067433).
Источник: Национальный исследовательский ядерный университет
МИФИ