آهنی که در آب زنگ می زند از نظر تئوری نباید در تماس با سیال فوق بحرانی "بی اثر" دی اکسید کربن خورده شود. اما این اتفاق می افتاد. و اکنون آهن خود یک کاتالیزور می شود!
دلیل این امر تاکنون توسط دانشمندان علم مواد نادیده گرفته شده است، اما اکنون تیمی از دانشگاه رایس نظریه‌ای دارند که می‌تواند به استراتژی‌های جدیدی برای محافظت از آهن در برابر محیط کمک کند.
نظریه‌پرداز مواد، بوریس یاکوبسون و همکارانش در دانشکده مهندسی رایس، جورج آر. براون، از طریق شبیه‌سازی‌های سطح اتمی دریافتند که آهن زمانی که در معرض CO2 فوق بحرانی sCO2و مقادیر کمی آب قرار می‌گیرد، نقش مهمی در خوردگی خود دارد.
لایه‌های آبگریز نازک از مواد دوبعدی مانند گرافن یا نیترید بور شش ضلعی می‌توانند به عنوان مانعی بین اتم‌های آهن و عناصر واکنش‌دهنده sCO2 به کار گرفته شوند.
سیالات فوق بحرانی موادی هستند که در دما و فشاری که آنها را تقریباً بین فازها نگه می‌دارد. خواص sCO2 این مواد را به یک سیال کاری ایده آل تبدیل می کند زیرا به گفته محققان، اساساً خنثی است، خورنده نیست و کم هزینه است.
یاکوبسون، پروفسور کارل اف. هاسلمن در علم مواد و مهندسی نانو و استاد شیمی، میگوید: «از بین بردن خوردگی یک چالش همیشگی است و در حال حاضر در ذهن بسیاری از مردم قرار دارد، و اکنون دولت آماده سرمایه‌گذاری هنگفت در زیرساخت‌های این چالش است. آهن از دوران باستان یک ستون زیرساخت بوده است، اما تنها اکنون می‌توانیم به درک اتمی از چگونگی خوردگی آن دست یابیم.»
یاکوبسون در ادامه میگوسد، مطالعات قبلی خوردگی را به وجود آب حجیم و سایر آلاینده‌ها در ابر سیال نسبت داده‌اند، اما لزوماً اینطور نیست.
آب، به عنوان ناخالصی اولیه در sCO2، یک شبکه پیوند هیدروژنی برای ایجاد واکنش های سطحی با CO2 و سایر ناخالصی ها مانند اکسید نیتروژن و تشکیل اسید خورنده مضر برای آهن ایجاد می کند.
این شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان دادند که خود آهن به عنوان یک کاتالیزور عمل می‌کند و موانع انرژی واکنش را در سطح مشترک بین آهن و sCO2 کاهش می‌دهد و در نهایت منجر به تشکیل مجموعه‌ای از گونه‌های خورنده مانند اکسیژن، هیدروکسید، کربوکسیلیک اسید و اسید نیتروژن می شود.
برای محققان، این مطالعه قدرت مدل‌سازی نظری را برای حل مسائل پیچیده شیمی نشان می‌دهد، در این مورد، واکنش‌های ترمودینامیکی و تخمین نرخ خوردگی در سطح مشترک بین آهن و کربن دی‌اکسید را پیش‌بینی می‌کند. آنها همچنین نشان دادند که اگر بیش از مقداری آب در ابر سیال وجود داشته باشد، همه شرط‌بندی‌ها غیرفعال است و باعث تسریع خوردگی می‌شود.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید