A combined experimental and theoretical approach effect of Curcuma. L extract as a corrosion inhibitor on iron in acidic solution

ABSTRACT

Inhibition performance of the aqueous Curcuma.L extract as a corrosion inhibitor for an iron surface in a 0.1 M HCl solution was investigated using the ac impedance technique. The inhibition efficiency for iron was determined in the presence of the Curcuma.L extract in a 0.1 M HCl solution and reached 81.1% at the optimum concentration. The corrosion inhibitive effect was achieved through the adsorption of Curcuma.L molecules onto the iron surface, which followed the Langmuir adsorption isotherm model. The inhibitive strength of the main compounds in the Curcuma.L extract, namely Curcumin (Inh A), demethoxycurcumin (Inh B), and bis-demethoxycurcumin (Inh C), might have a direct relationship with the electron-donating ability of the molecules, as revealed by quantum chemical parameters. Theoretical investigations were conducted using DFT methods with the B3LYP/6-311G++(d,p) basis set. Mulliken charge and ESP calculations were performed to illustrate the mechanism of inhibition of this extract on the iron surface. The interaction energies derived from Monte Carlo simulations followed the order Inh A > Inh B > Inh C. The aqueous extract of Curcuma.L has been shown to effectively inhibit iron corrosion in acidic environments.

On a étudié les performances d’inhibition de l’extrait aqueux de Curcuma L. en tant qu’inhibiteur de corrosion pour une surface de fer dans une solution de HCl 0.1 M à l’aide de la technique d’impédance AC. On a déterminé l’efficacité d’inhibition pour le fer en présence d’extrait de Curcuma L. dans une solution de HCl 0.1 M et a atteint 81.1% à la concentration optimale. L’effet inhibiteur de corrosion a été obtenu par l’adsorption des molécules de Curcuma L. sur la surface du fer, qui suivait le modèle isotherme d’adsorption de Langmuir. Le mécanisme d’inhibition était en outre soutenu par les valeurs des paramètres thermodynamiques et cinétiques obtenues à partir des données expérimentales. La force inhibitrice des principaux composés de l’extrait de Curcuma L., soit la curcumine (Inh A), la déméthoxycurcumine (Inh B) et la bis-déméthoxycurcumine (Inh C), pourrait avoir une relation directe avec la capacité des molécules à donner des électrons, comme le révèlent les paramètres chimiques quantiques. On a effectué des études théoriques à l’aide de méthodes DST avec l’ensemble de base B3LYP/6-311G++(d,p). On a effectué des calculs de charge de Mulliken et d’ESP pour illustrer le mécanisme d’inhibition de cet extrait à la surface du fer. Les énergies d’interaction dérivées des simulations de Monte Carlo suivaient l’ordre Inh A > Inh B > Inh C. On a montré que l’extrait aqueux de Curcuma L. inhibait efficacement la corrosion du fer en milieu acide. De plus, on a expliqué l’action de l’inhibiteur sur la surface métallique par les propriétés électroniques des molécules.

KEYWORDS:

• Iron
• corrosion inhibitors
• hydrochloric acid
• curcumin derivatives
• density functional theory (DFT)

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Availabiity of data and material

All data associated with the paper shall be made available upon request to the corresponding author.

Author contribution

Author I. ABIDLI Carried out the experiments: Authors I. ABIDLI and K. ESSALAH Performed the calculations, Writing-original draft preparation: Authors I. ABIDLI, N. SOUISSI; critical review and additional inputs: Authors X. Ramón NOVOA and N. SOUISSI reviewed the manuscript. All authors discussed and reviewed the manuscript.