Молодой ученый, доцент кафедры физики конденсированных сред Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) НИЯУ МИФИ Константин Катин теоретически смоделировал молекулу нового вещества, которое может защищать сталь от коррозии в кислой среде. 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%, так что 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 информации: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Источник фото: ru.123rf.com
