Электрохимическое и квантово-химическое исследование L-орнитин L-аспартата в качестве устойчивого ингибитора коррозии для стали AISI 1018 в кислотной среде

Превращение просроченных таблеток в защиту для металла

Повседневные изделия — от автомобилей до химических резервуаров — зависят от стали, но при контакте со сильными кислотами сталь может быстро разрушаться, что обходится промышленности в триллионы долларов по всему миру. В этом исследовании предложен неожиданный способ защиты стали: повторное использование просроченных лекарств. Авторы показывают, что вышедший из срока питательный препарат L-орнитин L-аспартат можно превратить из фармацевтического отхода в мощный щит, сохраняющий сталь в суровых кислотных условиях.

Почему кислота так быстро разъедает металл

Стальные конструкции на нефтеперерабатывающих заводах, в трубопроводах и химических производствах часто контактируют с кислым раствором, например соляной кислотой. Без защиты кислота вынимает атомы металла с поверхности, образуя ямы, трещины и в итоге отверстия. Традиционные химические добавки могут замедлить этот процесс, но многие из них токсичны, дороги или слабо эффективны в сильно кислотных средах. Авторы работы поставили цель найти более чистую, дешевую альтернативу, которая также решала бы другую растущую проблему: что делать с тоннами просроченных лекарств, которые ежегодно выбрасывают аптеки и больницы.

Вторая жизнь для просроченного препарата

Исследователи сосредоточились на L-орнитин L-аспартате — соединении из двух аминокислот, обычно назначаемом как добавка для поддержки печени. Даже через шесть месяцев после срока годности тщательные тесты показали, что почти все молекулы препарата остаются химически неизменными. Ученые растворили этот просроченный материал в концентрированном растворе соляной кислоты и погрузили образцы обычной конструкционной стали AISI 1018, чтобы проверить, может ли препарат замедлить коррозию. Затем они использовали несколько взаимодополняющих методов — измерение потери массы, электрохимические тесты, визуализацию поверхности и компьютерное моделирование — чтобы получить полную картину эффективности препарата и механизмов его действия.

Как на стале формируется невидимый щит

При добавлении просроченного препарата в кислоту его молекулы притягиваются к поверхности стали и адсорбируются на ней, образуя тонкую органическую пленку. Электрохимические измерения показывают, что с увеличением концентрации препарата ток коррозии на поверхности стали резко падает. При наивысшей протестированной концентрации скорость коррозии уменьшается более чем на 90 процентов, и сталь практически не теряет массу при многочасовом выдерживании в горячей кислоте. Микроскопические изображения подтверждают эти результаты: сталь, подвергшаяся действию только кислоты, выглядит шероховатой и глубоко измытой, тогда как защищенная препаратом поверхность гладкая и практически не имеет повреждений. Компьютерные модели взаимодействия отдельных молекул с железной поверхностью показывают, что препарат прочно удерживается и распространяется по поверхности, создавая плотный барьер, который блокирует агрессивные ионы хлорида и водород от доступа к металлу.

Стабильная защита в реальных условиях

Команда также проверила, как защита изменяется с температурой, поскольку многие промышленные процессы проходят при повышенных температурах. По мере нагрева кислоты от комнатной температуры до температуры, близкой к кипению воды, скорость коррозии возрастает, но просроченный препарат по-прежнему подавляет более 90 процентов повреждений. Расчеты показывают, что препарат повышает энергетику барьера, который должны преодолеть коррозионные реакции, то есть поверхность металла становится труднее атаковать. Исследования укладки молекул указывают на то, что они сначала занимают самые активные участки стали, а затем распространяются по менее реакционноспособным областям, формируя несколько неравномерное, но высокоэффективное многослойное покрытие. Примечательно, что свежие и просроченные версии препарата работают почти идентично, что подтверждает: «отходный» материал сохраняет все необходимые свойства для защиты металла.

Что это значит для промышленности и экологии

Проще говоря, работа демонстрирует, что безопасная и недорогая пищевая добавка для поддержки печени — давно вышедшая из срока годности — может служить высокоэффективным средством против ржавчины для стали в экстремально агрессивной кислотной среде. Превращая экологическую проблему (просроченные лекарства) в защитное покрытие для промышленных металлов, подход сочетает экономию затрат с более чистой химией. При масштабировании аналогичные стратегии могли бы помочь предприятиям снизить число отказов, связанных с коррозией, и одновременно уменьшить проблему утилизации лекарственных отходов, приближая переход к циркулярной экономике, где материалы переиспользуются, а не выбрасываются.

Цитирование: Alshammari, O.A.O., Abdelwahab, A., Jeilani, Y.A. et al. Electrochemical and quantum chemical exploration on L-ornithine L-aspartate as a sustainable corrosion inhibitor for AISI 1018 steel in acidic environment. Sci Rep 16, 13029 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49295-4

Ключевые слова: ингибирование коррозии, просроченные лекарства, защита стали, зеленая химия, кислые среды