En teoría, el hierro que se oxida en el agua no debería corroerse en contacto con un fluido supercrítico «inerte» de dióxido de carbono. Pero lo hace.
La razón ha eludido a los científicos de materiales hasta ahora, pero un equipo de la Universidad de Rice tiene una teoría que podría contribuir a nuevas estrategias para proteger el hierro del medio ambiente.
El teórico de materiales Boris Yakobson y sus colegas de la Escuela de Ingeniería George R. Brown de Rice descubrieron a través de simulaciones a nivel atómico que el hierro mismo juega un papel en su propia corrosión cuando se expone al CO2 supercrítico2 (sCO2) y trazas de agua al promover la formación de especies reactivas en el fluido que regresan para atacarlo.
En su investigación, publicada en la revista Cell Press Importar, concluyen que finas capas hidrófobas de materiales 2D como el grafeno o el nitruro de boro hexagonal podrían emplearse como barrera entre los átomos de hierro y los elementos reactivos del sCO2.
El estudiante graduado de Rice Qin-Kun Li y el científico investigador Alex Kutana son coautores principales del artículo. El profesor asistente de investigación de Rice, Evgeni Penev, es coautor.
Los fluidos supercríticos son materiales a una temperatura y presión que los mantiene aproximadamente entre fases, digamos, no todo líquido, pero tampoco todo gas. Las propiedades de sCO2 lo convierten en un fluido de trabajo ideal porque, según los investigadores, es «esencialmente inerte», no corrosivo y de bajo costo.
«Eliminar la corrosión es un desafío constante, y está en la mente de muchas personas en este momento, ya que el gobierno se prepara para invertir fuertemente en infraestructura», dijo Yakobson, profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería de Karl F. Hasselmann y profesor de química. «El hierro es un pilar de la infraestructura desde la antigüedad, pero solo ahora podemos obtener una comprensión atomística de cómo se corroe».
Las simulaciones del laboratorio de Rice revelan el diablo en los detalles. Estudios anteriores han atribuido la corrosión a la presencia de agua a granel y otros contaminantes en el superfluido, pero ese no es necesariamente el caso, dijo Yakobson.
«El agua, como principal impureza en el sCO2, proporciona una red de enlaces de hidrógeno para desencadenar reacciones interfaciales con CO2 y otras impurezas como el óxido nitroso y para formar un ácido corrosivo perjudicial para el hierro», dijo Li.
Las simulaciones también mostraron que el propio hierro actúa como catalizador, reduciendo las barreras de energía de reacción en la interfaz entre el hierro y el sCO.2, lo que finalmente conduce a la formación de una gran cantidad de especies corrosivas: oxígeno, hidróxido, ácido carboxílico y ácido nitroso.
Para los investigadores, el estudio ilustra el poder del modelado teórico para resolver problemas químicos complicados, en este caso, prediciendo reacciones termodinámicas y estimando las tasas de corrosión en la interfaz entre el hierro y el sCO.2. También mostraron que todas las apuestas están canceladas si hay más de un rastro de agua en el superfluido, lo que acelera la corrosión.
La investigación fue apoyada por el Programa de Energía Fósil del Departamento de Energía de EE. UU., División de I+D Transversal e Integración de Sistemas (DE-AC05-00OR22725), a través de UT-Battelle LLC (4000174979).
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de arroz. Original escrito por Mike Williams. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
