Pembimbing: Dr. Ing. Cynthia L. Radiman Dr. Hj. Sadijah Achmad, DEA Dr. H. Bunbun Bundjali. Yayan Sunarya

(1)

Yayan Sunarya

30503005

Pembimbing:

Dr. Ing. Cynthia L. Radiman

Dr. Hj. Sadijah Achmad, DEA

Dr. H. Bunbun Bundjali

(2)

Sumur minyak bumi

Campuran minyak mentah:

o Asam-asam organik

o Garam-garam anorganik

o Gas CO

₂

dan H

₂

S

Temperatur hingga 380K

Minyak mentah

Senyawa:

 anorganik

 organik

Inhibitor

korosi

1. Latar belakang

Asam amino

(3)

H₂N OH O CH₂ HS H₂N OH O H H₂N OH O CH₃ H₂N OH O H₃C OH OH O H N H2N OH O H₂N OH O HN Sistein (cys) Glisin (gly) Alanin (ala) Treonin (thr)

(4)

 Sistein, glisin, alanin, histidin, lisin, dan leusin pada korosi Cu-Ni/NaCl 0,6 M (Badawy, dkk., 2006)

 Sistein pada korosi Cu/HCl 1 M dan pada Cu/NaCl 0,6 M (Ismail, 2007)

 Sistein, metionin, dan alanin pada korosi Pb-Ca-Sn /H₂SO₄ 0,5 M (Kiani, dkk., 2008) sistein Cu/H₂SO₄ 1 M Matos, dkk. 2004 sistein/alanin Cu/HCl 0,5 M Zhang, dkk. 2005 sistein Steel/H₂SO₄ 1 M Silva, dkk. 2006

(5)

Dalam lingkungan yang sesuai kondisi

sumur minyak bumi belum dikaji

Peran gugus fungsi dalam molekul asam

amino pada proses inhibisi korosi baja

karbon belum dikaji

H₂N

O

OH R

Kondisi/komposisi media yang dapat

meningkatkan peran gugus fungsi pada

proses inhibisi belum dikaji

(6)

a. Manakah asam amino yang memiliki potensi

sebagai inhibitor korosi baja karbon paling tinggi

b. Bagaimana mekanisme inhibisi dari asam amino

terpilih

c. Bagaimana peran gugus fungsi dalam proses

inhibisi korosi baja karbon

d. Pada kondisi/komposisi media bagaimana yang

memungkinkan gugus fungsi berperan optimal

e. Bagaimana efektifitas inhibisi dari asam amino

Mempelajari mekanisme dan efisiensi inhibisi asam

amino terpilih pada korosi baja karbon dalam

larutan elektrolit jenuh CO

₂

pada temperatur dan pH

yang divariasikan

(7)

1. Pendekatan



Elektrokimia



Simulasi komputer



Struktur dan sifat fisik

2. Metoda



Polarisasi (Tafel)



Spektroskopi impedansi (EIS)



Simulasi rangkaian listrik ekivalen



Karakterisasi

(8)

Baja karbon

Asam amino

Sel

elektrokimia

Asam amino

hasil seleksi

Produk

korosi/inhibisi

Laju korosi

Impedansi

Struktur permukaan

baja karbon

Mekanisme dan

efisiensi inhibisi

Model rangkaian

listrik ekivalen

Tafel dan EIS

Elektroda kerja Seleksi

(9)

(10)

1. Laju korosi baja karbon

Katoda : 2H+_{(aq) + 2e}-  _H 2(g)

Anoda : Fe(s)  Fe2+_{(aq) +}

2e-Total : Fe(s) + H+_(aq)  _Fe2+_{(aq) + H} 2(g) 0,0 1,0 2,0 3,0 0 6 12 18 24 Vk o r /mm .t h -1 t/jam 0,0 1,0 2,0 3,0 300 320 340 360 Vk o r /m m. th -1 T/K 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Vk o r /m m. th -1 pH

(11)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 q C/mM

Gly Ala Cys Trp Thr Pro Phe

 Kemampuan inhibisi korosi dari asam amino:

cys > thr > trp



ala



gly



pro > phe

 Sistein ditetapkan sebagai kandidat inhibitor korosi

(12)

0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 0 6 12 18 24 V k o r /m m .th -1 t/jam Blanko Cys 0,1 mM 0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 300 310 320 330 340 350 360 Vk o r /m m .th -1 T/K 0,0 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Vk o r /m m .t h -1 pH 0 4 8 12 16 320 340 360 Vko r /m m .t h -1 T/K pH 4,0

(13)

y = 1,076x + 0,016 R² = 0,999 0,0 0,1 0,2 0,2 0,3 0,4 0,0 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 C i / q C_inh y = 0,215x + 1,006 R² = 0,982 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 q log C_inh

 Proses inhibisi sistein melalui adsorpsi secara fisik (



G

_ads

=



20,276 kJ mol

-1

_{) mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir}

 Terjadi bakutolak antar molekul-molekul sistein teradsorpsi

berdasarkan isoterm adsorpsi Temkin

(14)

C N O Na S Cl Fe

Berdasarkan teknik EDS, pada permukaan baja karbon

ditemukan unsur-unsur berikut C: 5,89%; O: 4,15%; N:

0,74%, S: 0,31%

(15)

0 20 40 60 20 60 100 140 -Zi (oh m .cm 2 ) Zr(ohm.cm2₎

Media tanpa sistein

0,0 0,1 0,2 0,3 0,0 0,2 0,4 0,6 -Z i( ko h m .cm 2 ) Zr(kohm.cm2₎

(16)



Proses inhibisi melalui pembentukan lapisan pelindung

yang tidak merata



Proses korosi dikendalikan oleh

o

Kinetika transfer muatan pada T < 330K

o

Transfer massa pada T > 330K

0,00 0,03 0,06 0,09 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 -Z i( ko h m .cm 2 ) Zr(kohm.cm2₎

(17)

Citra permukaan baja karbon hasil analisis SEM dalam

(a) media tanpa sistein, (b) media mengandung sistein

(18)

1,302 1,215 1,778 0,255 0,902 0,374 0,804 0,258 0,790 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 AMP Vko r /m m .t h -1

Blanko Inhibitor Fraksi inhibisi

Sistein

Alanin

3-AMP

oksigen karbon nitrogen belerang hidrogen alanin sistein

Gugus fungsi –SH berperan

dalam proses inhibisi melalui

antaraksi dengan permukaan

baja karbon membentuk

(19)

0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 290 310 330 350 370 Vk o r /m m .t h -1 T/K

Alanin 3-AMP Sistein

0 0,6 1,2 1,8 2,4 3 3,5 4 4,5 5 Vko r /m m .t h -1 pH

Alanin 3-AMP Sistein

Pada temperatur tinggi dan pH rendah:

 peran gugus

–SH menurun

(20)

20 40 60 80 100 2,5 3,5 4,5 5,5 E I/ % pH 20 40 60 80 100 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 E I/ % C/mM 20 40 60 80 100 0 6 12 18 24 30 E I/ % t/jam Tafel EIS 20 40 60 80 100 290 310 330 350 370 E I/ % T/K EI  90% EI  82% EI  80% EI  89%

(21)

20 40 60 80 100 320 340 360 E I/ % T/K Tafel EIS

pH 4,0

Menurut Roberge (1991): inhibitor dinyatakan efektif jika,

EI ≥ 90% pada 40 ppm (0,33 mM)

EI ≥ 95% pada 80 ppm (0,66 mM)

20 40 60 80 100 0 0,1 0,2 0,3 0,4 E I/ % C/mM Tiourea Sistein

Sistein dinyatakan efektif pada t > 12 jam; [cys] ≥ 0,10 mM;

T = 300K; pH = 4,75 (CO

₂

jenuh)

EI



85%

Dalam lingkungan sesuai sumur produksi sistein dinyatakan

efektif pada [cys] > 0,25 mM; T > 350K; pH ≥ 4,0

(22)

1. Sistein memiliki kemampuan inhibisi korosi pada

baja karbon paling tinggi

2. Mekanisme inhibisi melalui pembentukan lapisan

pelindung teradsorpsi secara fisik

3. Gugus yang berperan optimal adalah gugus –SH

4. Peran gugus fungsi –SH dan –NH

₂

dipengaruhi oleh

temperatur dan pH:

o

Gugus –SH berperan optimal pada pH tinggi dan

temperatur rendah,

o

gugus –NH

₂

berperan optimal pada pH rendah

dan temperatur tinggi

5. Sistein tergolong efektif pada pH tinggi dan

Temperatur kamar atau di atas 340K

(23)

1. Disamping T, pH, t, dan [C

_inh

], sebaiknya ditambah

variabel V

_alir

media dan komposisi w/o

2. Dalam memilih inhibitor korosi dari golongan senyawa

organik, disamping pertimbangan gugus fungsi

(24)

 Badawy, W.A., Ismail, K.M., Fathi, A.M., (2006): Corrosion control of Cu– Ni alloys in neutral chloride solutions by amino acids, Electrochim.

Acta, 51, 4182–4189

 Ismail, K.M., (2007): Evaluation of cysteine as environmentally friendly

corrosion inhibitor for copper in neutral and acidic chloride solutions, Electrochim. Acta, 52, 7811–7819

 Kiani, M.A., Mousavi, M.F., Ghasemi, S., Shamsipur, M., dan Kazemi

S.H., (2008): Inhibitory effect of some amino acids on corrosion of Pb-Ca-Sn alloy in sulfuric acid solution, Corros. Sci., xxx, xxx-xxx, 1-11.

 Matos, J.B., Pereira, L.P., Agostinho, S.M.L., Barcia, O.E., Cordeiro, G.O

dan Elia, E.D., (2004): Effect of cysteine on the anodic dissolution of copper in sulfuric acid medium, J. Electroanal. Chem., 570, 91–94

 Nice, P.I., Takabe, H., dan Ueda, M., (2000): The development and

implementation of a new alloyed steel for oil and gas production wells, Corrosion 2000, 154, (Houston, TX, NACE)

(25)

Dalam jurnal ilmiah:

Sunarya, Y., Radiman, C.L., Achmad, S., Bundjali, B., (2008): Evaluasi

sistein sebagai inhibitor korosi baja karbon API 5L X65 dalam larutan NaCl

jenuh CO₂ dengan kendali pH bufer asetat, J. Itenas, 2,12.

Dalam seminar/proceeding:

1. Sunarya, Y., Radiman, C.L., Achmad, S., Bundjali, B., (2006): Amino acids as corrosion inhibitor of carbon steel, Int. Confer. Math and

Natur. Sci. Proceeding ICMNS, 623-626.

2. Sunarya, Y., Radiman, C.L., Achmad, S., Bundjali, B., (2006): Pengaruh gugus merkapto dalam sistein terhadap laju korosi baja

karbon, Seminar Nasional Kimia, UNY.

3. Sunarya, Y., Radiman, C.L., Achmad, S., Bundjali, B., (2007): Pengaruh temperatur terhadap mekanisme inhibisi sistein pada korosi baja

karbon dalam larutan NaCl jenuh CO₂, Seminar Nasional Kimia, UNS

4. Sunarya, Y., Radiman, C.L., Achmad, S., Bundjali, B., (2007): Cysteine

as a green corrosion inhibitor for carbon steel in CO₂ aerated 1% NaCl