Synergistic Corrosion Inhibition of Carbon Steel in Borewell Water by Beetroot Extract and Zn²⁺: Gravimetric, Electrochemical and Surface-Morphological Investigations

Resumen Técnico: Inhibición Sinérgica de la Corrosión del Acero al Carbono en Agua de Pozo mediante Extracto de Remolacha y Zn²⁺

Planteamiento del Problema
El acero al carbono se utiliza ampliamente en aplicaciones estructurales e industriales debido a sus favorables propiedades mecánicas y su bajo costo; sin embargo, es susceptible a la degradación electroquímica cuando se expone a entornos acuosos como el agua de pozo. Los inhibidores de corrosión convencionales, incluidos los cromatos y los fosfatos, son efectivos pero plantean preocupaciones significativas respecto a la toxicidad y la persistencia ambiental. En consecuencia, existe la necesidad de alternativas "verdes" derivadas de fuentes biológicas renovables. Si bien los extractos vegetales han mostrado potencial, su eficacia puede depender de la concentración y, en ocasiones, pueden no proporcionar una protección adecuada o incluso acelerar la corrosión a concentraciones más altas. Este estudio aborda el desafío de desarrollar un sistema de inhibición de la corrosión eficaz y ambientalmente benigno para el acero al carbono en agua de pozo, investigando el potencial sinérgico del extracto acuoso de remolacha combinado con iones de zinc (Zn²⁺).

Metodología
El estudio empleó un enfoque multifacético para evaluar el comportamiento de la corrosión de especímenes de acero al carbono (composición: 0.026% S, 0.06% P, 0.4% Mn, 0.1% C, balance Fe) en agua de pozo. El diseño experimental incluyó:

• Preparación del Inhibidor: Se preparó un extracto acuoso mediante la ebullición de remolacha fresca en polvo en agua doblemente destilada.
• Análisis Gravimétrico: Se realizaron mediciones de pérdida de peso para determinar las tasas de corrosión y las eficiencias de inhibición (IE) a través de diversas concentraciones de extracto de remolacha (0–8 mL) y Zn²⁺ (0, 25 y 50 ppm).
• Caracterización Electroquímica: Se utilizaron la polarización potenciodinámica y la Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) para analizar el potencial de corrosión ($E_{corr}$), la densidad de corriente de corrosión ($I_{corr}$), la resistencia de polarización lineal (LPR), la resistencia de transferencia de carga ($R_t$) y la capacitancia de la doble capa ($C_{dl}$).
• Morfología de la Superficie: Se utilizó Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) para evaluar visualmente el daño superficial y la formación de películas protectoras en los especímenes expuestos a soluciones con y sin inhibidor.

Contribuciones Clave y Resultados
La investigación demuestra que el comportamiento de inhibición de la corrosión del extracto de remolacha depende altamente de la concentración y que su eficacia se mejora significativamente mediante la sinergia con Zn²⁺.

• Limitaciones del Extracto de Remolacha por Sí Solo: Cuando se utilizó de forma aislada, el extracto de remolacha exhibió una relación no lineal con la concentración. A 2 mL, proporcionó una inhibición moderada (~35%). Sin embargo, a medida que la concentración aumentó de 4 a 8 mL, la eficiencia de inhibición disminuyó, llegando incluso a ser negativa (por ejemplo, −30% a 8 mL), lo que indica una aceleración de la disolución del metal en lugar de protección.
• Efecto Sinérgico con Zn²⁺: La adición de Zn²⁺ alteró fundamentalmente el desempeño del sistema.
  • A 25 ppm de Zn²⁺: La combinación mejoró la inhibición en comparación con el extracto solo, alcanzando un máximo de 48% con 4 mL de extracto.
  • A 50 ppm de Zn²⁺: Se observó un pronunciado efecto sinérgico. Mientras que 50 ppm de Zn²⁺ por sí solo proporcionó solo ~14% de inhibición y 8 mL de extracto de remolacha solo resultó en un −30% de inhibición, la combinación de 8 mL de extracto y 50 ppm de Zn²⁺ logró una eficiencia de inhibición máxima del 84%.
• Perspectivas Electroquímicas:
  • Polarización: La presencia del sistema de inhibidor sinérgico desplazó el potencial de corrosión ($E_{corr}$) de −756 mV/SCE (blanco) a −531 mV/SCE. El estudio reporta que este desplazamiento sugiere una contribución predominantemente anódica a la inhibición de la corrosión. La densidad de corriente de corrosión disminuyó y la LPR aumentó de 3385 a 3980 $\Omega$ cm².
  • EIS: La resistencia de transferencia de carga ($R_t$) aumentó drásticamente de 312 a 2189 $\Omega$ cm², mientras que la capacitancia de la doble capa ($C_{dl}$) disminuyó de $16.36 \times 10^{-9}$ a $2.329 \times 10^{-9}$ F cm². Estos cambios indican la formación de una capa interfacial protectora que obstaculiza la transferencia de carga y desplaza las moléculas de agua de la superficie metálica.
• Evidencia Morfológica: Las imágenes de SEM confirmaron que las superficies de acero al carbono expuestas a agua de pozo sin inhibidores eran rugosas y estaban cubiertas de productos de corrosión. En contraste, las superficies tratadas con el sistema de extracto de remolacha–Zn²⁺ exhibieron un alisamiento sustancial y una reducción en la evidencia de formación de productos de corrosión.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que la combinación de fitoquímicos derivados de la remolacha y Zn²⁺ crea un sistema de inhibición de la corrosión sinérgico y eficaz para el acero al carbono en entornos acuosos. El estudio destaca que, si bien los extractos de plantas por sí solos pueden ser insuficientes o contraproducentes a ciertas concentraciones, su integración con iones inorgánicos específicos puede producir inhibidores "verdes" de alto rendimiento.

Los autores concluyen que este sistema de extracto de remolacha–Zn²⁺ representa un enfoque prometedor para el control de la corrosión. No obstante, mantienen una postura modesta respecto a la interpretación mecánica, señalando que la composición molecular precisa del extracto no fue determinada en este estudio. Por lo tanto, el mecanismo propuesto de formación de película sinérgica se presenta como un modelo de trabajo químicamente plausible en lugar de una explicación molecular definitiva. Los autores sugieren que el trabajo futuro debería centrarse en cuantificar los fitoquímicos específicos, establecer isotermas de adsorción, evaluar la dependencia de la temperatura y determinar la estabilidad a largo plazo antes de su implementación práctica.