Tài liệu Nghiên cứu ăn mòn sắt trong môi trường axit hcl, có sử dụng chất ức chế nano2

MỞ ĐẦU Ăn mòn là một hiện tượng rất phổ biến của kim loại. Vấn đề ăn mòn xuất hiện trong tất cả khía cạnh của công nghệ, nó gây ra những hậu quả nghiêm trọng như làm hư hại các thiết bị, giảm hiệu suất của máy móc, gây ô nhiễm các sản phẩm thực phẩm,… Thậm chí ăn mòn còn gây ra những tai hoạ rất lớn cho các lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa, các thiết bị tự động. Không chỉ có vậy, ăn mòn còn thường là trở ngại trong việc tung ra những sản phẩm mới thuộc lĩnh vực công nghệ cao và trong các lĩnh vực cơ khí chính xác do chúng thường xảy ra một cách không thể lường trước được. Trong nhiều trường hợp, ăn mòn có thể trở thành yếu tố ngăn cản sự thành công của các công nghệ mới nhiều hứa hẹn. Có thể nói ăn mòn gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn cả về trực tiếp lẫn gián tiếp. Những thiệt hại gián tiếp là không thể tính được, thường lớn hơn nhiều so với thiệt hại trực tiếp. Vì vậy, vào năm 1969, Chính phủ Anh đã thành lập một Uỷ ban nghiên cứu để xác định những tổn thất đối với quốc gia và đưa ra những biện pháp để làm giảm những tổn thất do sự ăn mòn gây ra. Khi kết quả nghiên cứu ở Anh được áp dụng có điều chỉnh ở Đức đã làm tăng tổng sản phẩm quốc nội (GNP). Trong giai đoạn 1968-1969, người ta ước tính chi phí cho ăn mòn ở Đức vào khoảng 19 tỷ mark (tương đương 9 tỷ USD) và nước Đức đã có thể giảm bớt 4,3 tỷ mark nếu như áp dụng các biện pháp ngăn chặn sự ăn mòn. Tổn thất do ăn mòn kim loại hàng năm bằng 1,85% đến 4,8% tổng thu nhập quốc dân (GDP) và thực sự đây là những con số khổng lồ. Thí dụ, ở Mỹ (1975) là 70 tỷ USD, ở Anh (1985) là 10 tỷ bảng Anh và ở Liên Xô (cũ) 1987 là 90,7-105,9 tỷ USD. Ngoài thiệt hại trực tiếp về vật chất (đến 20% tổng lượng kim loại sản xuất hàng năm) ăn mòn kim loại còn gây ra những thiệt hại gián tiếp khác như giảm tuổi thọ làm việc của máy móc, thiết bị, công trình, làm suy giảm chất lượng sản phẩm, gây ô nhiễm môi trường, gây ra mất an toàn lao động, ảnh hưởng nghiêm trọng đến phát triển bền vững. Nước ta là một nước nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều, có bờ biển chạy dài nên kim loại bị ăn mòn rất nhiều và rất nặng. Trong môi trường axit thì kim loại bị ăn mòn khá mạnh, vì vậy để giảm sự ăn mòn người ta đã sử dụng chất ức chế, chất ức chế là những hợp chất khi đưa vào môi trường ăn mòn với lượng rất nhỏ nhưng có tác dụng làm chậm xảy ra ăn mòn hoặc giảm tốc độ ăn mòn. Chính vì vậy nghiên cứu quá trình ăn mòn và biện pháp phòng chống ăn mòn hữu hiệu sẽ giúp một quốc gia bảo vệ được các nguồn lực kinh tế đáng kể trong các lĩnh vực công nghệ. Công nghệ vật liệu mới đã có những thành tựu đầy hứa hẹn nhưng chắc chắn kim loại vẫn là vật liệu quan trọng nếu không muốn nói vẫn là vật liệu chủ chốt trong tương lai. Với hy vọng góp phần nghiên cứu quá trình ăn mòn kim loại ở nước ta em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu ăn mòn sắt trong môi trường axit HCl, có sử dụng chất ức chế NaNO2”. * Mục tiêu đề tài của em: - Tổng quan về ăn mòn và bảo vệ kim loại nói chung và ăn mòn và bảo vệ kim loại trong môi trường axit nói riêng. - Tổng quan về các phương pháp bảo vệ, đặc biệt là phương pháp bảo vệ bằng cách dùng chất ức chế NaNO2 - Khảo sát và thảo luận về sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn vào nhiệt độ, thời gian, nồng độ HCl và nồng độ chất ức chế NaNO2. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI Ăn mòn kim loại gây tổn hại to lớn cho nền kinh tế, trực tiếp đến 4-5% thu nhập quốc dân (GDP) hoặc mất đến 10% tổng sản lượng kim loại sản xuất hàng năm, nhưng nếu tính đến những thiệt hại gián tiếp sẽ còn lớn hơn rất nhiều. Trong môi trường axit, kim loại bị gây tác động không nhỏ đến quá trình ăn mòn kim loại. Trong thời đại công nghiệp hóa mạnh mẽ của đất nước, những hoạt động xã hội và sản xuất của chúng ta lại gây tác động, gây ô nhiễm cho môi trường và đồng thời cũng góp phần làm tăng tốc độ quá trình ăn mòn kim loại. Nghiên cứu những yếu tố môi trường axit tác động đến các quá trình ăn mòn kim loại để nhận thức được quy luật nhằm kiểm soát và hạn chế ăn mòn kim loại, giảm thiểu ảnh hưởng đến thiệt hại cho kinh tế cũng như cho an ninh quốc phòng của đất nước là trách nhiệm nghề nghiệp của mỗi chúng ta hiện nay. Nhằm nhìn nhận những kết quả và hiệu quả của hoạt động nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ kim loại từ một số công trình được công bố trên các tạp chí, sách xuất bản. 1.1.1. Định nghĩa ăn mòn kim loại. Lịch sử tiến hóa của xã hội nhân loại gắn liền chặt chẽ với việc sản xuất và sử dụng các vật liệu cấu trúc mà vật liệu quan trọng nhất là các kim loại và hợp kim của chúng. Dưới tác dụng của môi trường xâm thực, đại đa số các kim loại không bền nhiệt động học đều bị phá hủy do ăn mòn Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại do tương tác hóa học hoặc điện hóa của kim loại với môi trường xung quanh. Hàng ngày ta thường gặp các quá trình ăn mòn như sự rạn nứt do gỉ của các ống nối thoát khí, các bộ phận giảm xóc, các vỏ ô tô hay các cấu kiện xây dựng. Theo định nghĩa này sự suy thoái kim loại do các nguyên nhân vật lí hoặc cơ học như sự gẫy, nứt do quá tải của cầu sắt, cần trục…, sự xâm thực, sự mài mòn hay sự trương nở của các chất thạch cao phân tử không được gọi là sự ăn mòn. Ăn mòn là sự phá hủy kim loại do hậu quả của phản ứng kim loại với môi trường xung quanh. Những biến đổi không có sự tham gia của các pha ngoài, như bệnh của thiếc làm biến dạng các cấu trúc của nó thành các lưới, ở dưới 150C thiếc trắng biến thành thiếc xám…không được gọi là sự ăn mòn. Trong một vài trường hợp, tương tác hóa học kèm theo những biến đổi vật lý được gọi là sự phong hóa-ăn mòn, sự ăn mòn xâm thực hay là sự ăn mòn mệt mỏi. Ăn mòn sắt và các hợp kim của nó tạo thành gỉ do sự hình thành các oxit sắt hidrat hóa trong các sản phầm ăn mòn. Sắt và hợp kim của nó thường bị gỉ. Các hợp kim không chứa sắt cũng bị ăn mòn nhưng các sản phẩm của nó không gọi là gỉ. 1.1.2. Ý nghĩa của việc nghiên cứu ăn mòn. Người ta có thể nói rằng, ăn mòn là một bệnh mà kim loại dễ bị mắc. Các nhà nghiên cứu ăn mòn được xem như các thày thuốc của kim loại, chuẩn đoán những tác hại của ăn mòn và cho những điều chỉ dẫn cần thiết. Sự ăn mòn kim loại làm biến đổi một lượng lớn các sản phẩm này thành các sản phẩm ăn mòn, làm thay đổi hoàn toàn tính chất của sản phẩm. Sự ăn mòn kim loại đưa đến những hậu quả nặng nề hơn và làm hao tổn các kim loại. Nó làm biến đổi những tính chất kĩ thuật quan trọng của các kim loại như tính ổn định cơ học, độ mềm dẻo và một vài tính chất hóa lí như độ cứng, độ phản xạ, độ dẫn điện…Do đó, khi đánh giá những mất mát do ăn mòn, ta phải khảo sát tất cả những hậu quả do ăn mòn gây ra. Những mất mát do ăn mòn có thể chia thành những mất mát trực tiếp và những mất mát gián tiếp. Những mất mát trực tiếp bao gồm chi phí thay thế các chi tiết bị ăn mòn (máy móc, ống dẫn…) phí tổn cho các phương tiện bảo vệ (mạ điện, mạ niken cho thép hay phủ sơn, sử dụng các chất ức chế…) Theo các số liệu thống kê gần đây, thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra ở Mĩ là khoảng 4% tổng sản lượng quốc gia (GNP) (tức là trên 300 tỉ USD/năm) và ở Anh cũng vào khoảng gần 4% GNP(tức là khoảng 30 tỉ đồng bảng anh/năm). Người ta tính, khoảng một phần ba lượng kim loại khái thác sẽ không sử dụng được nữa hàng năm do bị ăn mòn phá hủy, nhưng hai phần ba lượng kim loại bị ăn mòn được phục hồi trong các lò mác tanh, vậy lượng kim loại bị loại bỏ hoàn toàn không thể sử dụng được nữa bằng khoảng 10% lượng kim loại khai thác. Ngày nay , tổng sản lượng sắt khai thác trên thế giới khoảng trên 800 triệu tấn/năm. Mỗi năm lượng sắt không thể sử dụng được do ăn mòn khoảng 80 triệu tấn. Thêm vào đó ăn mòn gây ra những hậu quả nghiêm trọng là làm hư hại các thiết bị(thiết bị phân phối nước, các trung tâm nhiệt điện, các nhà máy, thiết bị giao thông vận tải…), mất mát sản phẩm (nước, hơi, dầu mỏ…), giảm hiệu suất, làm bẩn các sản phẩm thực phẩm…Vì vậy, sự thiệt hại gián tiếp là không thể tính được và thường cao hơn sự thiệt hại trực tiếp. Sự ăn mòn có thể gây ra những tai họa rất to lớn cho các lò phản ứng hạt nhân, các máy bay, tên lửa và các thiết bị tự động. Những thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra nghiêm trọng như vậy nên nghiên cứu ăn mòn kim loại và phòng chống ăn mòn kim loại là công việc hết sức quan trọng. 1.1.3. Phân loại các quá trình ăn mòn. Theo cơ chế, ăn mòn kim loại có thể phân làm 2 loại: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa a. Ăn mòn hóa học: Là phản ứng hóa học dị thể giữa bề mặt của kim loại và môi trường xung quanh, nghĩa là phản ứng biến đổi kim loại thành ion. Tương tác giữa kim loại với môi trường lỏng không dẫn điện hay với các khí khô là thí dụ điển hình của ăn mòn hóa học. Sự oxi hóa kim loại bởi oxy hay tương tác của các kim loại với các khí hoạt động khác (SO2, H2S, các halogen, hơi nước, CO2) ..Ở nhiệt độ cao là các dạng đặc biệt, nhưng rất quan trọng của ăn mòn hóa học. b. Ăn mòn điện hóa: Là dạng ăn mòn phổ biến-là tương tác điện hóa của bề mặt kim loại với môi trường xung quanh, tuân theo các quy luật động học điện hóa, nói khác đi, ăn mòn điện hóa dung dịch, ăn mòn điện hóa là phản ứng phản ứng oxi biến đổi kim loại thành ion. Khác với phản ứng oxi hóa - khử đồng thể xảy ra ở dung dịch, ăn mòn điện hóa là phản ứng oxi hóa - khử dị thể xảy ra làm nhiều giai đoạn và ở nhiều nơi khác nhau của bề mặt kim loại. Do sự tồn tại của các ion trong dung dịch và các electron tự do trên kim loại, sự ăn mòn điện hóa sảy ra ở 2 quá trình sau: +) Quá trình anốt: Xảy ra ở các khu anot của bề mặt kim loại. Quá trình anot là quá trình biến đổi trực tiếp kim loại thành ion hiđrat hóa trong dung dịch. +) Quá trình catot: Xảy ra ở các khu catot của bề mặt kim loại, làm cho các electron dư của quá trình anot bị đồng hóa do 1 vài chất nhận electron, được gọi là các quá trình khử phân cực. *) Phụ thuộc vào điều kiện ăn mòn, người ta phân ra các kiểu ăn mòn phổ biến sau: -Ăn mòn khí quyển -Ăn mòn chất điên ly -Ăn mòn dưới đất -Ăn mòn điện -Ăn mòn dưới tác dụng của điện thế -Ăn mòn sinh học -Ăn mòn toàn bộ -Ăn mòn hang hốc -Ăn mòn cục bộ -Ăn mòn điểm -Ăn mòn giũa các tinh thể -Ăn mòn xuyên tinh 1.1.4. Ăn mòn trong môi trường axit. Trong nước loại bỏ khí hay trong các axit không có chất oxi hóa, một số kim loại bị ăn mòn do các phản ứng catot khử hydro đồng thời xảy ra. Do đó, quá trình kiểm tra tốc độ ăn mòn trong các trường hợp này là quá trình khử hydro. Trong trường hợp ăn mòn có giải phóng hydro, xảy ra phản ứng phóng điện các ion hidroxoni: 2H3O+ + 2e 2H2O+2H 2H2O+H2 Các ion hidroxoni phóng điện phải bị hấp phụ trên bề mặt kim loại, các ion đó phải nằm trong lớp Helmholtz của lớp điện kép. Mối liên hệ giữa nồng độ ion hidroxoni hấp phụ[H3O+]s và nồng độ các ion hidroxoni trong dung dịch [H3O+]o exp (-F Trong đó /RT) là thế trên bề mặt lớp helmholtz Phương trình động học của quá trình phóng điện có thể viết: i= kF [H3O+]s exp (-W1/RT) năng lượng hoạt động hóa của phản ứng phụ thuộc vào thế của lớp helmoholtz. Giữa năng lượng hoạt hóa và thế điện cực có mối liên hệ: W1=W0- (E- ) Thực hiện các phép biến đổi và thay W0=WH. ta có: Dòng catot: ic=k1F[H3O+]o exp[- /RT(E+(1- ) . -WH)] Dòng anot: ia=k2FCH exp [ (E+(1- ) . -WH)] Dòng phóng điện tổng quát: iC=ic-ia. vì ic > > ia nên có thể coi ic ~ iC ta tính được thế ăn mòn: E=const+RT/ ln[H3O+]o- (1- ) . -( RT/ ).ln iC+WH. 1.2. SẮT VÀ TÍNH CHẤT ĂN MÒN CỦA VẬT LIỆU SẮT (Fe) 1.2.1. Đặc điểm của sắt: a, Vị trí, cấu tạo - Kí hiệu: Fe - Vị trí: chu kì IV, phân nhóm VIII B - Cấu hình electron 1s22s22p6 3s2 3p63d64s2 b. Tính chất vật lý. - Là kim loại có màu trắng xám, có tính dẻo, dễ dát mỏng - Có từ tính - Khối lượng riêng là 7,87g/m3 - Nhiệt độ sôi là 2870oC - Nhiệt độ nóng chảy là 1359oC c. Tính chất hoá học . * Tác dụng với oxi: -Ở nhiệt độ thường: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 -Ở nhiệt độ cao Fe + H2O(h) FeO + H2 * Tác dụng với halogen: 2Fe + 3Cl2 = 2 FeCl3 * Tác dụng với lưu huỳnh: Fe + S = FeS * Tác dụng với nước: Fe + H2O Fe3O4 + H2 * Tác dụng với dung dịch axit: - Tác dụng với axit loãng: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 - Tác dụng với axit đặc: Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O * Tác dụng với muối của kim loại yếu hơn: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu 1.2.2. Tính chất ăn mòn của vật liệu kim loại sắt. Sắt là nguyên tố kim loại rất quan trọng trong đời sống và kỹ thuật. Sắt có ái lực hóa học rất mạnh với oxy, do đó trong tự nhiên sắt chỉ tồn tại dưới dạng oxit sắt. Oxit sắt dễ hòa tan trong axit do đó sắt bền vững trong môi trường kiềm hơn môi trường axit. Sắt ít bền với ăn mòn vì các nguyên nhân sau - Điện thế điện cực tiêu chuẩn của sắt E0Fe2+/Fe =0,44V không bền về phương diện nhiệt động - Quá thế hydro của sắt ηFeH2 thấp nên trong môi trường axit sắt bị ăn mòn khá nhanh. Sắt có hóa trị 2 và 3 nên giản đồ của sắt bị ăn mòn khá phức tạp. Các phản ứng và phương trình của điện thế điện cực tương ứng được liệt kê như sau: Fe =Fe2+ + 2e EcbFe2+/Fe = -0.44 +0.0295 lgaFe2+ Fe +2H2O = Fe(OH)2 +2H+ +2e Fe +2H2O = H FeO2- +3H+ +3e Fe2+ +3H2O = Fe(OH)3 +3H+ +e Fe3+ +3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI. Có nhiều giải pháp khác nhau để chống ăn mòn vật liệu, phải xuất phát từ trình độ phát triển kinh tế và công nghiệp của mỗi nước ở thời điểm cũng như mức độ quan trọng của công trình và nhu cầu sản xuất cho một sản phẩm mà lựa chọn cho thích hợp. Các phương pháp chung nhất để chống ăn mòn vật liệu trình bày ở sơ đồ sau: Chống ăn mòn vật liệu Thiết kế Lựa chon vất liệu Xử lý bề mặt Xử lý môi trường Bảo vệ điện hóa Từ định nghĩa ăn mòn kim loại là sự phá huỷ do tương tác của kim loại với môi trường, suy ra có 3 nguyên tắc cơ bản để bảo vệ kim loại: - Thay đổi thành phần tính chất của kim loại - Thay đổi thành phần tính chất của môi trường - Ngăn cách kim loại tiếp xúc với môi trường xâm thực 1.3.1. Phương pháp che phủ Việc bảo vệ kim loại bằng các lớp che phủ là một trong những phương pháp phổ biến nhất. Điểm mấu chốt của phương pháp này là nhằm cô lập bề mặt kim loại khỏi môi trường xâm thực. Các lớp che phủ bảo vệ phải đáp ứng một số yêu cầu chung như: lớp bảo vệ không bị ăn mòn hay bị ăn mòn với tốc độ yếu hơn nhiều so với tốc độ ăn mòn của kim loại cần bảo vệ; lớp che phủ phải đủ độ dày và có độ bám dính tốt… Tuỳ theo yêu cầu thực tế, người ta có thể sử dụng lớp che phủ kim loại hoặc lớp che phủ không kim loại. - Các lớp che phủ kim loại Có 2 loại phủ kim loại là phủ catôt và phủ anôt. Nếu lớp che phủ có thế âm hơn thế của kim loại cần bảo vệ (kim loại nền), lớp che phủ được gọi là lớp che phủ anôt; ngược lại, khi thế của kim loại che phủ dương hơn thế của kim loại nền thì ta có lớp che phủ catôt. - Các lớp che phủ phi kim loại Các lớp che phủ phi kim loại gồm các lớp che phủ bằng các chất vô cơ và hữu cơ. Các lớp che phủ hữu cơ thường là các màng polime. Sơn và sơn lắc được dùng rộng rãi nhất trong thực tế chống ăn mòn kim loại do chúng dễ che phủ lên các chi tiết có nhiều loại hình dạng, kích thước, dễ dàng bịt kín các lỗ, các vết rạn nứt, và không làm thay đổi tính chất của kim loại nền. a. Phương pháp nóng chảy: Phủ kẽm, chì, thiếc lên các chi tiết máy. - Phủ kẽm: Nung nóng kẽm ở nhiệt độ 450-480 oC sau đó nhúng chi tiết vào, lớp kẽm sẽ bám lên bề mặt chi tiết. - Phủ thiếc: Nhúng chi tiết vào thiếc nóng chảy ở 270-300oC. Áp dụng cho ngành luyện kim. - Phủ chì: Nhúng chi tiết vào chì nóng chảy ở 350oC. Bảo vệ chi tiết trong công nghiệp hóa học. b. Mạ kim loại: Làm đẹp, chống ăn mòn. Đặt chi tiết mạ vào cực catot (-) . Kim loại nguyên chất cần mạ đóng vai trò là anot. Dung dịch mạ thường là cromtrioxit CrO3, H2SO4 và H2O, dung dịch được đun nóng 48-55oC tạo ra dòng điện một chiều chạy qua dung dịch và mạ lên chi tiết. Trước khi mạ phải làm sạch chi tiết để tăng độ bám dính. c. Phun Phương pháp này tiến hành với các kim loại bảo vệ: Al, Cu, Zn. Kim loại được phun là một dây kim loại đắp vào súng phun, dây kim loại đốt nóng, các hạt kim loại nóng chảy sẽ phun vào bề mặt chi tiết bằng luồng khí nén và bám chặt vào bề mặt chi tiết. d. Cán dính kim loại Thường thực hiện cho các kim loại tấm. Cán dính vào tấm kim loại một lớp kim loại mỏng để bảo vệ là đồng, nhôm, niken. 1.3.2. Phương pháp điện hoá học Thực chất của phương pháp này là làm cho thế của kim loại cần bảo vệ thay đổi theo hướng đưa kim loại vào vùng được bảo vệ (bảo vệ catôt) hoặc vào vùng thụ động (bảo vệ anôt). Bảo vệ catôt là một phương pháp được sử dụng thường xuyên để chống ăn mòn các cấu trúc và các thiết bị đặt trong môi trường xâm thực (nước biển, đất,…). Phương pháp này được áp dụng cho tất cả các kim loại nhưng phổ biến nhất là cho thép trần hay thép mạ. - Phương pháp bảo vệ catôt bằng điện cực “hy sinh”. Trong phương pháp này, kim loại cần bảo vệ được ghép nối với một điện cực “hy sinh” là một kim loại khác có thế âm hơn rất nhiều. Bản chất của phương pháp này là phân cực kim loại cần bảo vệ bằng dòng điện tích âm nghĩa là liên tục cung cấp electron cho kim loại bị ăn mòn nhờ điện cực “hy sinh”. - Phương pháp bảo vệ catôt bằng dòng điện ngoài. Bản chất của phương pháp này cũng giống với phương pháp bảo vệ catôt bằng điện cực “hy sinh” nhưng ở đây nguồn cung cấp electron cho kim loại cần bảo vệ là nguồn điện một chiều từ bên ngoài. Kim loại cần bảo vệ được nối với điện cực âm của nguồn điện ngoài. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là dòng bảo vệ đôi khi rất lớn làm tiêu tốn điện năng, do vậy cần xem xét sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể. 1.3.3. Phủ bằng kim loại Để kim loại không bị gỉ, người ta phủ lên kim loại các vật liệu chống ăn mòn và chống gỉ cao. 1.3.4 Phủ bằng vật liệu phi kim loại: a. Sơn: Là phương pháp công nghiệp bảo vệ kim loại được sử dụng rộng rãi (65-80%) tổng sản phẩm. b. Ê may: Nó coi như silicat không hòa tan( thủy tinh) , ê may dùng để phủ lên các vật liệu gang, thép trong công nghiệp thực phẩm. - Nhúng chi tiết vào thùng ê may nóng chảy 1200-1300oC rồi làm nguội. + Chịu ăn mòn cao trong muối, axit nhưng lớp phủ giòn. c. Bôi dầu mỡ. - Là biện pháp bảo quản kim loại cho vật liệu, dụng cụ, các thiết bị xếp trong kho. - Dầu mỡ khó làm nhiệm vụ chống gỉ vì trong quá trình làm việc, nhiệt độ và cọ sát sẽ làm mất đi. d. Phủ một lớp chất dẻo. - Thường dùng cao su để phủ lên bề mặt chi tiết, để bảo vệ các mặt trong của các thùng chứa khi vận chuyển axit. e. Bảo vệ bằng lớp axit: - Để tạo lớp axit trên sắt, thép người ta dùng dung dịch có thành phần: + xút ăn da: 700-750 g/l (130-140oC) +Natri nitrat: 200-250 g/l (130-140oC) +Natri nitrit: 50-70 g/l (130-140oC) Nung nóng chi tiết 1- 2h tạo lên trên bề mặt sắt, thép có màu xanh- đen. Khả năng chống ăn mòn không cao lắm nên ta bôi thêm dầu mỡ. Có rất nhiều phương pháp chống ăn mòn kim loại nhưng phương pháp sử dụng chất ức chế để làm giảm quá trình ăn mòn được sử dụng rộng rãi nhất. Chất ức chế NaNO2 là một chất độc nhưng giảm lượng ăn mòn rất tốt nên ta chú ý khi dùng chất ức chế này, và phải dùng với lượng nhất định. 1.4. BẢO VỆ KIM LOẠI BẰNG CHẤT ỨC CHẾ. 1.4.1. Một vài nét lịch sử. Từ xa xưa, khi chế tạo súng săn, các thợ thủ công đã biết sử dụng men bia hoặc hồ tinh bột để hạn chế quá trình hòa tan kim loại khi tẩy gỉ. Công bố đầu tiên về chất ức chế vào năm 1811 là sử dụng muối kẽm để giảm tốc độ ăn mòn sắt trong môi trường trung tính. Bằng sáng chế đầu tiên được công bố ở nước Anh với việc sử dụng hỗn hợp dầu thực vật và đường mật làm phụ gia chất ức chế khi tẩy gỉ các tấm thép. Nghiên cứu và sử dụng chất ức chế phát triển mạnh trong khoảng giữa hai kỳ đại chiến thế giới do yêu cầu to lớn và bức thiết của kỹ thuật quân sự. Những công trình lớn nghiên cứu cơ chế hoạt động, bảo vệ và các tính chất hóa lý của chất ức chế cũng như quan hệ giữa kim loại và chất ức chế nở rộ vào những năm 50 của thế kỷ. Từ năm 1960 đến nay, cứ 5 năm một lần, hội nghị thế giới về chất ức chế lại được tổ chức ở trường đại học tổng hợp ở Ferrara ở Ý. Ở Mỹ trong những năm 1960 đã sản xuất khoảng 100000 tấn chất ức chế với tổng kinh phí khoảng 100000000 đô la. Tổng sản lượng ức chế sản xuất ra trên thế giới là 700000 tấn/năm, trong đó khoảng 300-350000 tấn là ức chế hòa tan trong dầu. Hiện nay chính thức có khoảng 5000 chất, hỗn hợp được phân loại là chất ức chế. Ngoài ra còn có nhiều hợp chất được sử dụng làm chất ức chế nhưng chưa được phân loại. Sử dụng chất ức chế là phương pháp hữu hiệu để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, trong một số trường hợp đây là phương pháp duy nhất. VD: việc hạn chế độ hòa tan của kim loai khi tẩy gỉ, chống giòn hydro, bảo quản các thiết bị hoàn chỉnh khi vận chuyển hoặc lưu kho…. 1.4.2. Định nghĩa và phân loại. a. Định nghĩa: Chất ức chế là những hợp chất khi đưa vào môi trường ăn mòn với lượng rất nhỏ nhưng có tác dụng làm chậm xảy ra ăn mòn hoặc giảm tốc độ ăn mòn. Ức chế chống ăn mòn kim loại là một trong những biện pháp bảo vệ kim loại hiệu quả, đơn giản và đã được sử dụng từ rất lâu. Các chất ức chế đã được sử dụng rộng rãi chủ yếu là rất vô cơ như: Chromat, nitrit… và các chất hữu cơ như: urotrobin, diphenyl amin, alkanoamin… các chất chromat là những chất ức chế thông thường nhất được sử dụng trong sơn cũng như trong dung dịch axit, tuy nhiên những chất này có tính độc cao, khi sử dụng có ảnh hưởng xấu đến môi trường. Hiện nay, một số nước công nghiệp phát triển trên thế giới đã cấm sử dụng những hợp chất này. Nhiều nghiên cứu đã cố gắng tìm kiếm những hợp chất thân thiện với môi trường nhằm thay thế những hợp chất độc hại trên. b.Phân loại. Hoạt động của chất ức chế trên ranh giới kim loại/dung dịch rất phức tạp, khó xác định ảnh hưởng nào là quyết định đến quá trình ăn mòn, vì vậy tồn tại nhiều cách phân loại khác nhau. Chẳng hạn có thể phân loại theo phản ứng điện cực (phản ứng anot, catot) mà chất ức chế tác động; phân loại theo môi trường; phân loại theo thành phần hóa học của chất ức chế. Fischer chia ức chế làm 2 loại: 1. Ức chế pha làm giảm tốc độc các quá trình vật lý, hóa học trên ranh giới giữa kim loại và dung dịch điện li. Ức chế pha kìm hãm quá trình: -Chuyển điện tích -Hình thành hoặc phân hủy các tinh thể kim loại -Các phản ứng hóa học dị thể giữa kim loại và chất điện li 2. Chất ức chế trong chất điện li làm giảm tốc độ các quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong lòng chất điện li. Nhiệm vụ của chúng là kìm hãm các quá trình sau: -Vận chuyển các chất tham gia phản ứng đến và ra khỏi bề mặt kim loại. -Các phản ứng hóa học trong lòng dung dịch 1.4.3. Giải thích cơ chế hoạt động, bảo vệ của chất ức chế. Để giải thích cơ chế hoạt động, bảo vệ của chất ức chế tồn tại 3 lý thuyết sau: a. Lý thuyết hấp phụ. Hấp phụ là động thái đầu tiên và quan trọng nhất của mọi quá trình ức chế. Sự có mặt của màng ức chế hấp phụ trên bề mặt làm thay đổi tính chất của ranh giới phân chia, làm tăng quá thế của phản ứng điện cực và giảm tốc độ ăn mòn. Theo thuyết này người ta đi sâu nghiên cứu bản chất và độ bền của lực hấp phụ, thành phần và cấu trúc lớp hấp phụ, ảnh hưởng của bản chất kim loại và chất ức chế đến quá trình hấp phụ đó. b. Thuyết quá thế. Ăn mòn kim loại trong axit quyết định bởi quá trình khử phân cực hydro; trong môi trường kiềm và trung tính - khử phân cực oxi. Các chất ức chế làm tăng quá thế những quá trình này, do vậy sự ăn mòn bị chậm lại. VD: Bằng cách liên kết ion hydro vào cấu trúc phân tử hoặc cấu trúc keo của mình các chất ức chế hữu cơ làm tăng quá thế phóng điện của ion hydro. Đó là cơ sở giải thích, chẳng hạn vì sao gelatin lại có khả năng bảo vệ sắt, kẽm, cadibi trong môi trường axit. c. Thuyết tạo màng. Theo thuyết này, quá trình ức chế được giả định do một lớp sản phẩm tạo ra trên bề mặt kim loại khi có tương tác, tương hỗ giữa ức chế, kim loại và thành phần môi trường. Màng bảo vệ trong trường hợp này có đặc tính đa chiều, nghĩa là một lớp có chiều dày khả kiến. Khi đó lớp hấp phụ chỉ có đặc tính hai chiều. Chất ức chế bảo vệ kim loại trong điều kiện khí quyển được phân làm 2 nhóm: ức chế tạo màng và ức chế bay hơi. Nguyên tắc sử dụng chất ức chế để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn khí quyển là bảo toàn và củng cố lớp oxi bền chắc, có tính bảo vệ được tạo ra trên bề mặt kim loại khi kim loại tiếp xúc với môi trường. VD: Như chất ức chế tạo màng dùng trong quá trình tảy gỉ sẽ không làm giảm tốc độ tan gỉ, ngược lại nó xúc tác nhanh quá trình chất ức chế sẽ lập tức hấp phụ lên bề mặt kim loại đã làm sạch gỉ, ngăn cách quá trình hòa tan kim loại, nhờ thế chẳng những kích thước của bề mặt kim loại được đảm bảo mà còn tránh được những thay đổi không mong muốn chất lượng của bề mặt kim loại. Ví dụ như tránh hiện tượng giòn hydro…ức chế tạo màng còn được dùng làm phụ gia nâng cao khả năng bảo vệ kim loại, phương tiện bảo quản. Ức chế pha hơi (VPI) ưu điểm nổi bật của VPI là dễ áp dụng, có thể bảo vệ trực tiếp các thiết bị hoàn chỉnh, thậm chí cả các phần thiết bị đã có các lớp phủ khác. Nhược điểm chính là cho đến nay khoa học vẫn chưa tìm ra một loại ức chế vừa bảo vệ kim loại đen vừa bảo vệ kim loại màu. Đa số các chất ức chế gây ăn mòn kim loại màu và có ảnh hưởng đến chất dẻo, do vậy việc bảo vệ thiết bị gồm nhiều loại vật liệu khác nhau còn là vấn đề nan giải. Ức chế pha hơi được cho vào một không gian kín (túi bằng chất dẻo) trong đó có chứa các chi tiết cần bảo vệ, yêu cầu cơ bản là trong mọi phần của không gian đó cần có đủ nồng độ ức chế cần thiết, do vậy, nếu hợp chất có áp suất hơi cao, nồng độ bảo vệ sẽ nhanh chóng được thiết lập, tuy nhiên tổn hao ức chế quá nhanh sẽ rút ngắn thời hạn bảo vệ. Nếu áp suất hơi ức chế quá thấp, ngay ban đầu, nồng độ ức chế trên bề mặt chi tiết sẽ thấp không ngăn được quá trình ăn mòn kim loại. Áp suất hơi thích hợp là 10 -2-10-4mmHg ở 20-250C. Để bảo vệ thép, một gam ức chế có thể đảm bảo cho 550 m3. Quá trình phát huy tác dụng của ức chế pha hơi bao gồm các bước sau: -Chuyển thành pha hơi trong một không gian kín -Phân li hoặc thủy phân khi có mặt nước (ở pha hơi) -Khuếch tán các phân tử ức chế hoặc sản phẩm chuyển hóa của chúng đến bề mặt kim loại. -Các phân tử đó hấp phụ lên bề mặt kim loại (trước hết trên các trung tâm hoạt động) -Hấp phụ hơi nước hoặc cấu tử gây ăn mòn khác có mặt trong không gian đó lên những vị trí còn trống hay lên cả lớp phân tử ức chế(và các sản phẩm chuyển hóa của chúng) đã được hấp phụ trước. -Phản ứng tương hỗ giữa các phân tử ức chế với các phân tử dung dịch điện li vừa xuất hiện, phân li hoặc thủy phân tiếp -Tham gia các quá trình phản ứng điện cực. Chất ức chế tạo màng và pha hơi thường có chung một gốc hoặc một nhóm chức. Hoạt động điện hóa cửa các nhóm chức đó là như nhau trong cả 2 trường hợp. 1.4.4. Chất ức chế NaNO2. Sodium nitrite (NaNO2) Công thức hóa học: NaNO2 Tính chất: - Tinh thể trắng trong suốt hoặc hơi vàng. - Dễ tan trong nước và hút ẩm mạnh. Quy cách: 25 kg bao PP/ PE Xuất xứ: Đức / Trung Quốc Ứng dụng: dùng trong công nghiệp sơn tĩnh điện, chất ăn mòn axit, chất tẩy trắng, chất ức chế ăn mòn, chất chống độc v.v... Bảo quản: - Bảo quản nơi khô ráo thoáng mát - Tránh nơi ẩm ướt và hơi nóng CHƯƠNG II: DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 1. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT 1.1. THIẾT BỊ - Pipet(0,5;1;5;10ml);(Trung Quốc) - Máy đục lỗ - Máy mài mép -Cốc chịu nhiệt (250,1000ml); (Trung Quốc) -Máy sấy -Tủ sấy -Dây đồng -Đũa thủy tinh -Nhiệt kế -Cân 4 số