شبیه سازی ها نشان می دهد که آهن خوردگی را در دی اکسید کربن “بی اثر” کاتالیز می کند

آهنی که در آب زنگ می زند از نظر تئوری نباید در تماس با دی اکسید کربن فوق بحرانی “بی اثر” خورده شود. اما او انجام می دهد.

دلیل تا کنون دانشمندان علم مواد را نادیده گرفته است، اما تیمی از دانشگاه رایس نظریه‌ای دارند که می‌تواند به استراتژی‌های جدیدی برای محافظت از آهن در برابر محیط‌زیست کمک کند.

بوریس جاکوبسون، نظریه‌پرداز مواد و همکارانش در دانشکده مهندسی رایس، جورج آر. براون، از طریق شبیه‌سازی‌های سطح اتمی دریافته‌اند که خود آهن در مواجهه با CO فوق بحرانی در خوردگی خود نقش دارد.₂ (sCO₂) و آثار آب، تشويق تشكيل گونه‌هاي فعال در مايع، كه براي حمله به آن برمي‌گردند.

در مطالعه آنها که در مجله Cell Press منتشر شده است موضوعآنها به این نتیجه رسیدند که لایه های نازک آبگریز از مواد دو بعدی مانند گرافن یا نیترید بور شش ضلعی می توانند به عنوان مانعی بین اتم های آهن و عناصر واکنش پذیر sCO استفاده شوند.₂.

الکس کوتانا، دانشجوی فارغ التحصیل و محقق رایس چینگ کان لی، از نویسندگان مشترک مقاله هستند. یکی از نویسندگان، دستیار برنج Evgeni Penev است.

مایعات فوق بحرانی موادی با دما و فشار هستند که آنها را تقریباً بین فازها به دام می اندازند – مثلاً نه همه مایعات، اما نه همه گازها. خواص sCO₂ آنها آن را به یک سیال کاری ایده آل تبدیل می کنند، زیرا به گفته محققان، اساساً بی اثر، غیرخورنده و ارزان است.

جاکوبسون، استاد علم مواد و مهندسی نانو، کارل اف. هاسلمن و استاد شیمی، گفت: «از بین بردن خوردگی یک چالش همیشگی است و در حال حاضر در ذهن بسیاری از مردم قرار دارد، زیرا دولت آماده سرمایه‌گذاری هنگفت در زیرساخت‌ها است. آهن از زمان های قدیم ستون زیرساخت بوده است، اما تنها اکنون می توانیم درک اتمی از چگونگی خوردگی آن به دست آوریم.

شبیه‌سازی‌های آزمایشگاه برنج، شیطان را با جزئیات نشان می‌دهد. جاکوبسون گفت، مطالعات قبلی خوردگی را به وجود آب حجیم و سایر آلاینده‌ها در ابر سیال نسبت داده‌اند، اما این لزوماً اینطور نیست.

“آب به عنوان ناخالصی اصلی در sCO₂، شبکه ای از پیوندهای هیدروژنی را برای ایجاد واکنش های سطحی با CO فراهم می کند₂ و سایر ناخالصی ها مانند اکسید نیتریک و تشکیل اسید خورنده که برای آهن مضر است.

شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان داد که آهن خود به‌عنوان یک کاتالیزور عمل می‌کند و موانع انرژی را برای پاسخ رابط بین آهن و sCO کاهش می‌دهد.₂که در نهایت منجر به تشکیل بسیاری از گونه های خورنده می شود: اکسیژن، هیدروکسید، کربوکسیلیک اسید و اسید نیتریک.

برای محققان، این مطالعه قدرت مدل‌سازی نظری را برای حل مسائل پیچیده شیمیایی، در این مورد پیش‌بینی واکنش‌های ترمودینامیکی و تخمین نرخ خوردگی سطح مشترک بین آهن و sCO نشان می‌دهد.₂. آنها همچنین نشان دادند که اگر بیش از مقداری آب در ابر سیال وجود داشته باشد که خوردگی را تسریع می کند، همه شرط ها رد می شوند.