Ученые БФУ имени Иммануила Канта синтезировали микрочастицы на основе меди и серебра, стабилизированные яблочным пектином. Эксперименты показали, что такие частицы эффективно связывают серосодержащие органические соединения. Поскольку вещества, содержащие атомы серы, присутствуют в составе нефти и приводят к коррозии металлов, разработка поможет уберечь трубопроводы и другое оборудование, контактирующее с нефтью, от преждевременного разрушения. Результаты исследования опубликованы в Journal of Ecological Engineering.
Нефтепроводы, по которым транспортируется нефть, а также различное металлическое оборудование, непосредственно вступающее с ней в контакт, подвергаются коррозии. Разрушение металлов происходит из-за того, что в состав нефти, помимо углеводородов, входят реакционноспособные серосодержащие соединения, такие как тиолы и тиоэфиры. Они окисляют металлы, образуя сульфиды, в результате чего прочность трубопроводов и оборудования снижается. Поэтому ученые ищут эффективные способы защитить металлы от коррозии, вызываемой серосодержащими веществами.
Исследователи из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) с коллегами из Восточно-Казахстанского технического университета имени Д. Серикбаева (Казахстан) решили, что для защиты нефтепроводов можно использовать биметаллические (состоящие из двух металлов) микрочастицы на основе меди и серебра. Согласно предлагаемому подходу, раствор из микрочастиц нужно наносить на поверхность металлов, контактирующих с нефтью. Медь и серебро, входящие в состав микрочастиц, хорошо взаимодействуют с серой, поэтому будут «притягивать» приводящие к коррозии соединения к себе, тем самым защищая от них нефтепроводы и оборудование.
Авторы получили микроразмерные биметаллические частицы, осадив на поверхность наночастиц серебра медь. Затем полученные структуры поместили в раствор яблочного пектина — клетчатки, которая в природе обеспечивает твердость плодов, а в случае раствора микрочастиц помогает поддерживать его стабильность.
Чтобы проверить, действительно ли биметаллические частицы способны «притягивать» серосодержащие вещества, исследователи смешали их с раствором серосодержащей аминокислоты цистеина. Исходные и полученные смеси проанализировали с помощью методов молекулярной спектроскопии, которые позволяют определить, как изменилась структура молекул и химических связей между ними. Исследование показало, что цистеин действительно осаждается на поверхность микрочастиц, при этом в большей степени благодаря взаимодействию между атомами серы и серебра. Это объясняется тем, что серебро активнее связывается с серой, чем медь.
"Наши эксперименты показали, что предложенные биметаллические микрочастицы могут служить экологически чистым способом защиты металлов от коррозии. В дальнейшем мы планируем провести эксперименты в реальных условиях: нанести слой микрочастиц на поверхность корпуса трубопровода и воспроизвести условия транспортировки нефти по нему. Мы предполагаем, что долговечность таких покрытий будет соизмерима со сроком эксплуатации самих транспортирующих труб. Но пока это только теория, которая требует дальнейшего подтверждения", — рассказывает Елена Ван, кандидат технических наук, доцент ОНК «Институт медицины и наук о жизни» БФУ имени Иммануила Канта.