[논문]염산과 황산 용액에서 니켈의 부식에 미치는 아미노산의 부식억제효과

김연규

doi:10.5012/jkcs.2015.59.2.125

염산과 황산 용액에서 니켈의 부식에 미치는 아미노산의 부식억제효과
Inhibition Effects of Some Amino Acids on the Corrosion of Nickel in Hydrochloric Acid and Sulfuric Acid 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.59 no.2, 2015년, pp.125 - 131

초록
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공기를 제거한 상태에서 0.5M HCl과 0.5M $H_2SO_4$ 용액에서 일어나는 니켈의 부식에 대하여 히스티딘 과 메티오닌의 부식억제 효과를 연구하였다. 각 경우에 니켈의 부식은 산화반응 속도가 감소되어 억제되었다. HCl 용액에서 니켈 표면에 일어나는 아미노산의 흡착은 수정된 Langmuir 흡착 등온식을 따르지만, $H_2SO_4$ 용액에서는 흡착된 분자들 간의 상호 작용에 영향을 받아 Temkin의 대수함수 등온식이 잘 적용되었다. HCl 용액에서 흡착되는 히스티딘의 경우만 히스티딘의 {$-NH{_3}{^+}$}, {$-NH^+=$}와 니켈 표면의 {$Ni-Cl^-$}사이의 정전기적 인력에 의해 물리흡착으로, 다른 경우는 Ni의 빈 d-orbital과 히스티딘 또는 메티오닌에 존재하는 비결합 전자쌍 사이에 화학흡착으로 설명할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Inhibition effects of histidine (His), methionine (Met) on the corrosion of nickel were investigated in deaerated 0.5 M HCl and 0.5 M $H_2SO_4$ solution. All the inhibition efficiency for the nickel corrosion depended on the anodic inhibition. Amino acid adsorption process on nickel surface in the solution of HCl can be explained by modified Langmuir isotherm, however, in the solution of $H_2SO_4$ by Temkin logarithmic isotherm due to the interaction between the adsorbed molecules. The molecule of histidine dissolved in HCl-solution were physically adsorbed due to the electrostatic interaction between the surface of {$Ni-Cl^-$} and the {$-NH{_3}^+$} and {$-NH^+=$} of His. However the other cases of adsorption in this investigation can be explained by chemical adsorption between the empty d-orbital of Ni and the lone pair of electron in His and Met.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이미 보고한 Ni의 부식과 부동화에 관한 연구에^13,14 이어 부식 억제제로 치환기(substituent)에 N- 또는 S-atom을 포함하는 histidine과 methionine을 0.5 M HCl과 0.5 M H₂SO₄ 수용액에 첨가하여 니켈에 대한 이러한 아미노산의 흡착과정과 부식 억제 효과를 조사하였다.

대상 데이터

3 mm인 Ni 막대를 절연성 epoxy 수지로 가공하여 원판형 Ni-DISK 전극을 만들어 사용하였으며, 매 번 측정 전에 No. 2000의 SiC 연마 지(emery paper)로 Ni 전극의 표면을 연마한 후 증류수로 씻어 사용하였다. 보조전극은 백금선(Pt-wire)을, 기준전극은 포화 Ag/AgCl 전극을 사용하였다.
2000의 SiC 연마 지(emery paper)로 Ni 전극의 표면을 연마한 후 증류수로 씻어 사용하였다. 보조전극은 백금선(Pt-wire)을, 기준전극은 포화 Ag/AgCl 전극을 사용하였다. 따라서 본 논문에 표시한 전위는 포화 Ag/AgCl 기준 전극에 대한 값이다.
부식 억제제로 사용한 아미노산은 Aldrich 사의 순도≥98%인 L-Histidine(His) 및 L-Methionine(Met)을 사용하였으며 HCl과 H₂SO₄는 시중에서 구입한 분석급 시약을 사용하였다.
작업전극(WE)은 Good Fellow사의 순도 99.99%, 직경 3.3 mm인 Ni 막대를 절연성 epoxy 수지로 가공하여 원판형 Ni-DISK 전극을 만들어 사용하였으며, 매 번 측정 전에 No. 2000의 SiC 연마 지(emery paper)로 Ni 전극의 표면을 연마한 후 증류수로 씻어 사용하였다.

데이터처리

모든 전기화학적 측정은 개인용 컴퓨터(pc)로 조정하는 Gamry사의 Model G 750/ZRA Potentiostat/Galvanostat와 동일 사의 EuroCell System을 이용하였으며, 측정한 데이터는 동일 사가 제공한 Gamry Echem Analyst software를 사용하여 분석하였다. 이때 사용한 전해 용기(cell)는 기준전극 과 보조전극을 각 각 소결 유리(fritted glass)로 칸막이 하여 세 부분으로 분리된 용기(three compartment cell)가 되도록 구성하였다.

성능/효과

0.5 M HCl과 0.5 M H₂SO₄ 용액에서 histidine과 methionine은 Ni의 산화를 억제함으로써 Ni의 부식을 억제하고 있으며, 용액에 관계없이 methionine의 부식억제 효율이 histidine보다 높았다.
그러나 H₂SO₄ 용액에서는 histidine 분자의 치환기인 imidazole에 있는 비결합 전자쌍(lone pair)인 π-전자 또는 nonbonding 전자가 Ni의 빈 d-orbital에 배위되는 화학흡착이 일어나는 것으로 보이며 Temkin의 대수함수 등온식이 적용되었다. Methionine의 경우 HCl 용액에서는 Langmuir 등온식이, H₂SO₄ 용액에서는 Temkin의 대수함수 등온식이 적용되었으며 Methionine 치환기에 있는 -S-의 비결합 전자가 Ni의 빈 d-orbital에 배위결합을 쉽게 할 수 있어 화학흡착이 일어나는 것으로 보인다.
= 와의 정전기적 인력이 작용하는 물리흡착이 일어나며 modified Langmuir 등온식이 적용되었다. 그러나 H₂SO₄ 용액에서는 histidine 분자의 치환기인 imidazole에 있는 비결합 전자쌍(lone pair)인 π-전자 또는 nonbonding 전자가 Ni의 빈 d-orbital에 배위되는 화학흡착이 일어나는 것으로 보이며 Temkin의 대수함수 등온식이 적용되었다. Methionine의 경우 HCl 용액에서는 Langmuir 등온식이, H₂SO₄ 용액에서는 Temkin의 대수함수 등온식이 적용되었으며 Methionine 치환기에 있는 -S-의 비결합 전자가 Ni의 빈 d-orbital에 배위결합을 쉽게 할 수 있어 화학흡착이 일어나는 것으로 보인다.
반면에 Im 고리에 있는 두 개의 이중결합에 분포된 4개의 π-전자가 Ni-전극 표면에 배위될 수 있다. 따라서 His의 농도가 낮은 영역에서는 π-전자가 Lewis 염기로, Ni의 빈 d-궤도가 Lewis 산으로 작용하는 배위결합이 일어 난다면 Im-고리가 Ni전극에 흡착되므로 Im-고리의 입체적인 영향과 iminium 양이온의 흡착 방해로 덮임률은 0.5 이하로 약한 화학흡착이 일어나는 반면에 His의 농도가 높은 영역에서는 N-원자에 있는 n-전자 쌍이 배위되는 화학흡착이 일어나 Im-고리의 입체적 영향이 상대적으로 작아 덮임률이 0.5 이상이 되고 좀 더 강한 화학흡착이 일어나는 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	니켈의 부식억제제로 histidine을 사용할 때 HCl 용액에서 histidine의 특징은 무엇인가?	HCl 용액에서는 Cl− 이온의 선택흡착으로 Ni-전극 표면이 {Ni-Cl−}와 같이 음의 전하를 띠므로 histidine은 분자의 −NH3+, −NH+ =와의 정전기적 인력이 작용하는 물리흡착이 일어나며 modified Langmuir 등온식이 적용되었다. 그러나 H2SO4 용액에서는 histidine 분자의 치환기인 imidazole에 있는 비결합 전자쌍(lone pair)인 π-전자 또는 nonbonding 전자가 Ni의 빈 d-orbital에 배위되는 화학흡착이 일어나는 것으로 보이며 Temkin의 대수함수 등온식이 적용되었다.
	H2SO4 용액에서 His 분자의 –NH3+나 −NH+=가 물리흡착되기 어려운 이유는 무엇인가?	H2SO4 용액에서는 HCl 용액에서 일어나는 Cl−에 의한 선택 흡착이 일어나지 않으며, 부식전위가 Epzc 보다 양의 전위이므로 산화반응 영역에서 Ni-전극 표면은 양의 전하를 갖게 될 것이다. 따라서 HCl 용액의 경우처럼 His 분자의 –NH3+나 −NH+=가 물리흡착 되기는 어려울 것으로 보인다.
	니켈의 부식억제제로 Methionine을 사용할 때 화학흡착이 일어나는 이유는 무엇인가?	그러나 H2SO4 용액에서는 histidine 분자의 치환기인 imidazole에 있는 비결합 전자쌍(lone pair)인 π-전자 또는 nonbonding 전자가 Ni의 빈 d-orbital에 배위되는 화학흡착이 일어나는 것으로 보이며 Temkin의 대수함수 등온식이 적용되었다. Methionine의 경우 HCl 용액에서는 Langmuir 등온식이, H2SO4 용액에서는 Temkin의 대수함수 등온식이 적용되었으며 Methionine 치환기에 있는 -S-의 비결합 전자가 Ni의 빈 d-orbital에 배위결합을 쉽게 할 수 있어 화학흡착이 일어나는 것으로 보인다.

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