Nghiên cứu tách chiết và ứng dụng dịch chiết vỏ quả cam, quýt làm chất ức chế ăn mòn kim loại

  • Số trang: 63 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 18 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26969 tài liệu

Mô tả:

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT VÀ ỨNG DỤNG DỊCH CHIẾT VỎ QUẢ CAM, QUÝT LÀM CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI Ngƣời thực hiện : Ngô Thị Miên Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Tự Hải. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 1 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hằng năm, trên thế giới phải chi phí hàng tỉ đô la cho việc thay thế bảo dưỡng các thiết bị máy móc công nghiệp, các công trình bằng kim loại bị ăn mòn. Vì vậy, việc chống ăn mòn kim loại là vấn đề cấp bách về mặt kinh tế lẫn công nghệ. Có nhiều phương pháp để chống ăn mòn kim loại, trong đó phương pháp sử dụng chất ức chế “xanh” thân thiện với môi trường đang được các nhà khoa học quan tâm . Vấn đề đặt ra là chọn nguồn nguyên liệu thiên nhiên dễ tìm, giá thành sản phẩm thấp để nghiên cứu dễ đi vào thực tiễn. Như chúng ta đã biết, mỗi năm nước ta sản xuất và tiêu thụ hàng triệu tấn quả cây họ Cam như: cam, quýt, chanh, thanh yên, bưởi… Chỉ tính riêng sản lượng cam sản xuất tại các vùng trong cả nước đã đạt trên 600.000 tấn/năm. Hiện nay, ở nước ta chỉ một lượng nhỏ vỏ chanh được sử dụng để tách chiết tinh dầu chanh còn phần lớn vỏ của các loại quả cây họ này bị bỏ đi trở thành phế thải. Trong khi đó, vỏ quả của chúng có chứa một lượng lớn limonene với nhiều ứng dụng như: làm hương liệu trong thực phẩm, mỹ phẩm; làm thuốc kích thích tiêu hóa; là chất ức chế sự phát triển khối u của ung thư vú và đặc biệt có triển vọng làm chất ức chế ăn mòn kim loại thân thiện với môi trường. Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tách chiết và ứng dụng dịch chiết vỏ quả cam, quýt làm chất ức chế ăn mòn kim loại ”. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Xây dựng quy trình tách chiết và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết tinh dầu từ vỏ quả cam, quýt. - Khảo sát khả năng chống ăn mòn kim loại của dịch chiết vỏ quả cam, quýt. 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Vỏ quả cam sành và quýt đường. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 2 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết - Tổng quan các phương pháp nghiên cứu về đặc điểm thực vật, thành phần hóa học và công dụng của vỏ quả cam, quýt. - Phương pháp tách chiết hợp chất hữu cơ. - Nghiên cứu sự ăn mòn và bảo vệ kim loại. 4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. - Phương pháp phân tích sắc kí khí gắn kết khối phổ GC-MS. - Phương pháp xác định dòng ăn mòn, chụp SEM. - Phương pháp xử lý số liệu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 5.1. Ý nghĩa khoa học - Xác định các điều kiện tối ưu của quá trình tách chiết tinh dầu từ vỏ quả cam, quýt. - Khảo sát ứng dụng chống ăn mòn kim loại của dịch chiết thu được. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Tìm hiểu các ứng dụng quan trọng của dịch chiết vỏ quả cam, quýt. - Nâng cao giá trị sử dụng của vỏ quả cam, quýt phế thải trong đời sống. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận SVTH: Ngô Thị Miên Trang 3 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY CAM, QUÝT 1.1.1. Giới thiệu sơ lƣợc về chi Citrus Giới: Plantae Bộ: Sapindales Họ: Rutaceae Chi: Citrus Chi Cam chanh (Citrus) là một chi thực vật có hoa trong họ Cửu lý hương (Rutaceae), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới ở đông nam châu Á. Các loại cây trong chi này là các cây bụi lớn hay cây thân gỗ nhỏ, cao tới 5-15 m tùy loại, với thân cây có gai và các lá thường xanh mọc so le có mép nhẵn.Quả là loại quả có múi, một dạng quả mọng đặc biệt, hình cầu hay cầu thuôn dài, chiều dài 4-30 cm và đường kính 4-20 cm, bên trong quả khi bóc lớp vỏ và cùi sẽ thấy lớp vỏ mỏng, dai, màu trắng bao quanh các múi bên trong chứa nhiều tép mọng nước.Vỏ quả gồm ba phần là vỏ ngoài, vỏ giữa và vỏ trong. - Vỏ ngoài: gồm có biểu bì với lớp cutin dày. Bên dưới lớp biểu bì là lớp tế bào nhu mô vách mỏng, giàu lục lạp nên có thể quang hợp được khi quả còn xanh.Các túi tinh dầu nằm trong các mô, được giữ lại dưới sức trương của tế bào xung quanh [6],[10]. - Vỏ giữa: là phần phía trong kế lớp vỏ ngoài, đây là một lớp gồm nhiều tầng tế bào hợp thành, có màu trắng, độ dày của lớp vỏ này tùy thuộc vào mỗi loại cây. Khi quả càng lớn thì lớp vỏ này càng trở nên xốp. - Vỏ trong: gồm các vách mỏng trong suốt bao quanh các múi. Vỏ trong bao bọc phần ăn được của quả (thịt quả) với dịch nước chứa đường, khoáng chất, axit hữu cơ và một số chất khác. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 4 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Cam sành Cam sành có tên khoa học là Citrus nobilis (reticulata x sinensis). Cây cao 2-3m, phân cành thấp, lá có tai nhỏ, quả dạng tròn dẹp, vỏ quả dày từ 3 đến 5mm, bề mặt vỏ sần. Quả khi chín màu vàng đỏ, nặng trung bình 200-250g, thịt quả có màu vàng cam đậm, nhiều nước, chua, mùi thơm, ít hạt, hạt vị ngọt có màu nâu lục.Đặc điểm chung nhất của hai loại này là loại cây ưa sáng, ưa nơi đất cao, thoát nước và có độ pH từ trung tính đến hơi chua. Cây rụng lá vào mùa đông, đến mùa xuân cây ra lá non và bắc đầu có hoa. Côn trùng là tác nhân thụ phấn chủ yếu cho cây. Cam có khả năng tái sinh vô tính và hữu tính. Mùa vụ thu hoạch chính vào tháng 8 đến tháng 12, chu kỳ khai thác từ 10 đến 15 năm [6],[10]. Quýt đƣờng Quýt đường có tên khoa học là Citrus reticulate, được trồng lâu đời ở các tỉnh phía Nam. Cây có đặc tính sinh trưởng trung bình, dạng tán hình tròn. Lá có phiến hình elíp, mỏng, màu xanh đậm. Cây có khả năng cho trái sau 3 năm trồng (cây ghép), nhất là ghép trên gốc chanh volkameriana. Mùa vụ thu hoạch rải rác trong năm, thường tập trung từ tháng 10 đến tháng 1 năm sau. Thời gian từ ra hoa đến thu hoạch khoảng 89 tháng. Năng suất trung bình (80kg/cây/năm, cây khoảng từ 10 năm tuổi) và khá ổn định [7],[10]. Quả dạng hình cầu, có trọng lượng trung bình 130 gam/quả. Vỏ quả màu xanh đến xanh vàng khi chín, dễ lột và lớp vỏ giữa rất mỏng. Tép màu vàng cam, nhiều nước, vị ngọt không chua (độ brix 9,5- 10,5 %), mùi thơm và có hạt trung bình (8-10 hạt/quả). SVTH: Ngô Thị Miên Trang 5 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 1.1.2. Công dụng của cây cam, quýt Quả cam vị ngọt, chua, tính mát, chứa một lượng lớn vitamin C cho nên có tác dụng giải khát, mát phổi, thanh nhiệt, tiêu đờm và lợi tiểu. Dịch quả có tác dụng giải nhiệt, trị sốt, cảm cúm, ho. Lá cam: nước hãm lá cam để bổ dạ dày (kiện vị), chữa sốt, khó tiêu, nôn. Dịch lá non chữa tai chảy nước vàng hoặc chảy ra máu, mủ. Hoa: nước hãm uống để dịu thần kinh, nước cất từ hoa bão hoà tinh dầu gọi là nước cất hoa cam dùng để pha chế thuốc theo đơn. Theo đông y, vỏ quả cam, quýt có vị cay, mùi thơm, tính ấm, có tác dụng tiêu đờm, giúp tiêu hoá, hạ khí đầy, điều hoà tỳ vị. Nước hãm vỏ quả cam, quýt kích thích ăn ngon miệng, làm dịu cơn đau dạ dày, đầy bụng, ợ chua và chống táo bón.Tinh dầu vỏ quả cam có tác dụng kháng khuẩn mạnh.Trong đó tinh dầu hoa có tác dụng bằng hoặc kém hơn tinh dầu vỏ quả; có tác dụng vừa trên Klebsiella, candida albicans, Mycobacterium tuberculosis và tác dụng yếu trên B. pyocyaneus.Tinh dầu cam và dịch chiết cồn vỏ cam tươi độc với côn trùng. 1.1.3. Thành phần trong vỏ quả cam, quýt Trong vỏ xanh quả cam có chứa các chất như 1-stachhydrin, hesperidin, aurantin, acid aurantinic, tinh dầu cam… Trong vỏ quả quýt tươi có chứa tinh dầu, nước, các loại hợp chất phenyl propanoid glucosid, limonoid glucosid, adenosine…Trong đó có một số hợp chất có tác dụng dược liệu như citrusin A, hesperidin (C50H60O27), vitamin A, B [21],[22]. Thành phần chính trong tinh dầu vỏ quả cam, quýt là limonene. Limonene là một hydrocarbon (monoterpene) lỏng, không màu. Tên của nó xuất phát từ chanh, bởi vì vỏ chanh có chứa một lượng đáng kể các hợp chất này. Limonene gồm hai đồng phân là D-limonene ((+)-;(4R)-1-methyl-4-(1-methylethenyl) cyclohexene), có mùi cam và L-limonene( (4S)-1-methyl-4-(1-methylethenyl) cyclohexene), với mùi nhựa thông [2],[3],[16]. Trong tinh dầu vỏ quả cam, quýt có hơn 90% là limonene và chủ yếu là dlimonene với các tính chất vật lí sau: SVTH: Ngô Thị Miên Trang 6 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Công thức phân tử: C10H16 Khối lượng phân tử: 136,24 g/mol Khối lượng riêng : 0,841 g/ml (20 °C) Nhiệt độ nóng chảy: -95,5 oC Nhiệt độ sôi: 176 °C Chiết suất: 1,4720 Độ tan trong nước: 13,8 mg/l (25oC). Tính chất hóa học cơ bản của limonene là dễ tham gia phản ứng cộng và dễ dàng bị oxi hóa. Ví dụ, nó tham gia phản ứng cộng nước trong môi trường axit tạo terpineol, phản ứng oxy hóa trong không khí ẩm tạo limonene oxit, carveol, carvone …[16]. Limonene được sử dụng trong thực phẩm và một số loại thuốc để che dấu mùi vị cay đắng của một số alkaloid. Ngày nay nó càng được sử dụng như là một dung môi cho các mục đích làm sạch như loại bỏ dầu mỡ từ các bộ phận máy. Đặc biệt được sử dụng làm dung môi sơn công nghiệp, làm sạch trong nền công nghiệp điện tử với lợi thế không độc hại và dễ phân hủy sinh học để tạo thành C, CO2 và H2O [24]. 1.1.4. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và thế giới Đến nay, đã có một số nghiên cứu sử dụng vỏ cam, quýt làm nguyên liệu để sản xuất thuốc và nhiên liệu. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 7 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Ở Việt Nam nhóm nghiên cứu tại trung tâm hóa dược, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu tách chiết, phân lập hesperidin từ vỏ cam phế thải.Hesperidin có tác dụng kháng viêm, chống ôxy hóa, chống dị ứng, chống ung thư, kháng vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, vi rút..), giảm đau, hạ sốt, chống độc, chống loãng xương và đặc biệt khi dùng phối hợp với vitamin C có tác dụng cộng hưởng và hỗ trợ hấp thụ vitamin C rất tốt. Nghiên cứu về hợp chất PMS trong vỏ quả cam, quýt: tiến sĩ Elzbieta Kurowska làm việc cho một công ty dược của Canada tại Mỹ có tên là KGK Synergize đã nghiên cứu khả năng làm giảm cholesterol của PMS. Hợp chất từ vỏ cam, quýt có tên khoa học là polymethoxylated flavones (PMF) là yếu tố chống oxy hóa tích cực thuộc nhóm flavonoid. Kết quả nghiên cứu cho thấy, chỉ 1% PMF trong khẩu phần ăn hằng ngày cũng làm giảm tới 40% lượng cholesterol LDL trong cơ thể. Vậy, PMF đã khống chế khả năng phân tiết cholesterol LDL của gan [23]. Nghiên cứu về khả năng phòng bệnh hen suyễn của limonene. Các chuyên gia tại Viện Công nghệ Technion (Israel) đã tiến hành nghiên cứu về tác động của limonene từ vỏ các trái cây họ cam quýt trên đối tượng là một số con chuột bị hen suyễn. Nhóm nghiên cứu ép vỏ chanh và cam lấy nước rồi cho chuột ngửi loại nước này. Đồng thời, họ cũng cho một số con chuột khác ngửi limonene hoặc eucalyptol, thành phần chủ yếu của dầu bạch đàn và khuynh diệp. Kết quả cho thấy limonene có thể bảo vệ cơ thể chuột khỏi hen suyễn còn eucalyptol thì không. Nguyên nhân của quá trình này là do limonene phản ứng với ozon trong đường hô hấp và chặn đứng tác hại gây bệnh hen suyễn của nó [22]. Biến vỏ cam thành nhiên liệu và chất kháng khuẩn. Mohammad Taherzadeh và nhóm nghiên cứu tại khoa kỹ thuật, đại học Boras, Thụy Điển đã nghiên cứu sản xuất ethanol và khí sinh học (biogas) từ vỏ cam, quýt. Các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp sản xuất bốn sản phẩm từ chất thải cam quýt, gồm: limon - một tác nhân kháng khuẩn, pectin - một tác nhân keo được sử dụng làm mứt và thạch, biogas - khí tự nhiên có thể nén, chạy động cơ và etanol - một chất đốt đã có lịch sử rất lâu đời. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 8 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 1.2. ĐẠI CƢƠNG VỀ ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI 1.2.1. Định nghĩa và phân loại các quá trình ăn mòn kim loại Ăn mòn kim loại là quá trình phá hủy kim loại dần từ ngoài vào trong khi kim loại tiếp xúc với môi trường xung quanh. Lúc đó kim loại bị oxi hóa thành ion của nó. Phân loại theo cơ chế của quá trình: gồm 3 loại - Ăn mòn sinh học: là sự ăn mòn kim loại gây ra do tác động của một số vi sinh vật có trong môi trường xâm thực (đất, nước, …). - Ăn mòn hóa học: là quá trình phá huỷ kim loại do tác dụng của nó với môi trường xung quanh như khí khô hoặc chất lỏng không phải là chất điện giải. Ăn mòn khí khô ở nhiệt độ thường ít gặp, quá trình ăn mòn khí phổ biến là khi kim loại tiếp xúc với khí ở nhiệt độ cao: xMe(r) + 0 y C O2 t MexOy. 2 - Ăn mòn điện hóa: ăn mòn điện hoá kim loại là sự phá hủy kim loại do tác dụng điện hóa của môi trường chất điện giải và xảy ra ở hai vùng khác nhau trên bề mặt kim loại và làm xuất hiện dòng điện. Ăn mòn điện hoá của kim loại gồm ba quá trình kèm theo nhau sau đây: + Quá trình anot: kim loại bị ăn mòn theo phản ứng: n+ mH O Men+.ne   Me .mH2O.ne 2 + Quá trình catot: các chất oxi hoá nhận electron do kim loại giải phóng: Ox + ne → Red (Red là chất khử) hay: D + ne → [D.ne] + Quá trình dẫn điện: các electron do kim loại bị ăn mòn giải phóng sẽ di chuyển từ anot sang catot, trong dung dịch điện li cũng có sự dịch chuyển của cation và anion tương ứng [4],[5]. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 9 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Hình 1.1: Sơ đồ ăn mòn điện hóa. 1.2.2. Cơ sở nhiệt động học của ăn mòn điện hóa học - Điều kiện kim loại bị ăn mòn: Để nghiên cứu nhiệt động học của ăn mòn điện hóa, người ta xây dựng các giản đồ Pourbaix (giản đồ mô tả mối tương quan giữa thế và pH của dung dịch). E (V) 1,23 O2 + 2H2O + 4e 0,00 4OH- (2) 2H + 2e H2 + (1) pH Hình 1.2: Giản đồ thế - pH của các điện cực hidro và oxi. Trên giản đồ ta thấy: Đường (1) biểu diễn thế cân bằng của điện cực hidro ở áp suất 1atm: 2H+ + 2e H2 Nếu thế điện cực nào đó nằm thấp hơn đường (1) thì trên điện cực đó xuất hiện phản ứng khử: 2H+ + 2e → H2 Ở các thế cao hơn đường (1) xảy ra phản ứng: H2 → 2H+ + 2e. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 10 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Như vậy, điều kiện cần thiết để kim loại bị ăn mòn điện hóa kèm theo việc Me giải phóng H2 ở 250C là: n / Me  2 H  / H (2 H  / H  0,059 pH ) . 2 2 Sự ăn mòn điện hóa kèm theo sự khử ion H+ gọi là sự ăn mòn có hiện tượng khử phân cực hidro. Đường (2) mô tả thế cân bằng của điện cực oxi ở áp suất 1atm: 4OH- O2 + 4e + 2H2O Nếu thế của một điện cực nào đó nằm thấp hơn đường (2) thì trên điện cực đó xảy O2 + 4e + 2H2O → 4OH- ra phản ứng: Ở các thế cao hơn đường (2) thì xảy ra phản ứng: 4OH- → O2 + 2H2O + 4e Như vậy, khi  2 H  / H2   Men  / Me   O 2 / OH  = 1,23 – 0,059pH thì kim loại bền nhiệt động với ăn mòn điện hoá bởi sự phân cực H2, nhưng không bền với sự khử phân cực của O2. Tóm lại, trong quá trình ăn mòn điện hóa thì Me sẽ chuyển thành Men+, trong khi H+ sẽ chuyển thành H2 hoặc O2 chuyển thành OH-. Lúc đó ta được nguyên tố Galvani: Men+ / Me là anot, điện cực hidro (oxi) là catot. Khi pH của dung dịch tăng lên thì tốc độ ăn mòn điện hóa kèm theo việc giải phóng hiđro càng giảm [5],[13]. - Dòng ăn mòn: Khảo sát quá trình xảy ra khi ngâm Fe trong dung dịch axit có pH < 2. Các phản ứng điện cực xảy ra như sau: Fe H2 k2 Fe2+ + 2e (1.1) 2H+ + 2e (1.2) k4 + + 4e O2 + 4H 2H2O (1.3) Giả thiết rằng O2 được đuổi sạch. Khi đó ta chỉ xét các cân bằng (1.1) và (1.2) và phương trình của dòng ăn mòn là: SVTH: Ngô Thị Miên   is  is0 . H  1 1   2 (1.4) Trang 11 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Trong đó: +  1 , 1 : hệ số chuyển của phản ứng kim loại. + 2 , 2 : hệ số chuyển của phản ứng hiđro. Vậy dòng ăn mòn phụ thuộc vào chỉ số pH của dung dịch. Ngoài ra dòng ăn mòn còn được mô tả bởi sự phụ thuộc vào thế gọi là đƣờng cong phân cực. Hình 1.3: Đường cong phân cực. - Tốc độ ăn mòn: Quá trình ăn mòn điện hoá là do kết quả của quá trình xảy ra ở vùng catot và anot. Đồng thời với các quá trình đó là sự chuyển dịch điện tử từ anot sang catot. Vậy, tốc độ ăn mòn kim loại được tính bằng khối lượng kim loại bị ăn mòn trên một đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn vị thời gian: Km  m1  m2 m A.I .t A     iA S .t S .t n.F .S .t nF (1.5) Trong đó: S : diện tích bề mặt điện cực anot (m2, cm2). iA : mật độ dòng điện anot (A/m2, A/cm2). Km: tốc độ ăn mòn của kim loại (g/m2.s, g/cm2.s). Từ tốc độ ăn mòn, chúng ta có thể xác định độ thâm nhập (Ktn) tính theo chiều sâu kim loại bị ăn mòn trong một năm theo biểu thức sau: K tn  K m .0,0365   Km    K tn 0,0365 (1.6) ρ : trọng lượng riêng của kim loại (g/cm2) SVTH: Ngô Thị Miên Trang 12 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Ngoài ra, theo (1.5) tốc độ ăn mòn có thể đo bằng mật độ dòng điện ăn mòn hoặc thể tích khí H2 thoát ra và nó phụ thuộc vào dạng đường cong phân cực catot và anot. Do vậy, không những tính chất nhiệt động (thế cân bằng) mà ngay cả tính chất động học của phản ứng cũng rất quan trọng [13]. 1.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới sự ăn mòn điện hóa Oxi (trong không khí) và nước (không khí ẩm) là những tác nhân không thể thiếu gây nên sự ăn mòn kim loại. - Các tạp chất trong kim loại như cacbon, các kim loại kém hoạt động, các oxit, các muối sunfua… làm tăng sự ăn mòn. - Sự có mặt của các chất điện li, môi trường có các khí SO2, NO2 … - Sự gia công kim loại, vì người ta đã biết rằng trong thanh kim loại, nơi nào chịu một sức căng (chẳng hạn chịu dập, uốn cong…) thì ở đấy các nguyên tử kim loại “hoạt động” hơn và hình thành vùng anot, ở đó kim loại bị ăn mòn trước [5],[13] 1.2.4. Cơ chế ăn mòn thép, đồng trong nƣớc biển 1.2.4.1. Thành phần của nƣớc biển Bảng 1.1: Thành phần các muối hòa tan trong nước biển. Muối Thành phần (%) Muối Thành phần (%) NaCl 77,8 K2SO4 2,5 MgCl2 10,9 CaCO3 0,3 MgSO4 4,7 MgBr2 0,2 CaSO4 3,6 Độ dẫn điện của nước biển rất cao, hàm lượng Cl- khá lớn. Vì vậy, quá trình ăn mòn xảy ra trong nước biển rất mãnh liệt. 1.2.4.2. Sơ lƣợc về thép CT3, đồng Thép CT3 thuộc nhóm thép chất lượng thường, C là cacbon, T là thép, con số tiếp theo chỉ giới hạn bền chịu kéo tối thiểu (kg/mm2). SVTH: Ngô Thị Miên Trang 13 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Bảng 1.2: Thành phần (%) các nguyên tố của thép CT3. Thành phần % Fe C 98,88 0,06 Mn Si P S Ni Cu 0,25 0,12 0,04 0,05 0,3 0,3 Thép CT3 ngoài thành phần chính là hợp kim sắt - cacbon còn chứa một lượng nhỏ các nguyên tố như: Mn, Si, P, S.. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố Cr, Ni, Cu gọi là hợp chất ngẫu nhiên nâng cao cơ tính của thép. Thép CT3 có ưu điểm là: có cơ tính nhất định,có tính công nghệ tốt như dễ đúc, hàn, cán, rèn, dập, kéo sợi, gia công cắt gọt,có giá thành rẻ. Đồng là một kim loại màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện cao (trong số các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có độ dẫn điện cao hơn). Đồng là một trong số kim loại quan trọng bậc nhất của công nghiệp. Đồng có nhiều tính năng ưu việt: độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, ít bị oxi hóa, có độ bền cao và độ chống ăn mòn tốt. 1.2.4.3. Cơ chế ăn mòn thép, đồng trong nƣớc - Phản ứng ăn mòn thép trong nước: Trong không khí ẩm cũng như trong môi trường nước luôn hòa tan khí O2 và khí CO2 trong khí quyển tạo thành một dung dịch chất điện li. Thép là một hợp kim của Fe với nhiều kim loại và phi kim. Ăn mòn thép trong dung dịch nước là kết quả của hai hay nhiều phản ứng xảy ra trên bề mặt các kim loại. Trong đó có một phản ứng anot (oxi hóa kim loại thành ion của nó dưới dạng oxit hay hiđroxit) và một hoặc nhiều phản ứng catot (khử các cấu tử oxi hoá có mặt trong dung dịch). Các phản ứng xảy ra như sau: Phản ứng catot: 4OH- 2H2O + O2 + 4e Ocb / 2OH  O0  2  2 / 2 OH  (1.7) PO2 0,059 lg 4 OH    4 Với pH = 7, PO = 0,2atm, T = 298K, ta có:  Ocb / 2OH = 0,81V  2 2 2H2O + 2e SVTH: Ngô Thị Miên H2 + 2OH- (1.8) Trang 14 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp  2cbH  / H2   20H  / H  2 0,059 1 lg 2 PH 2 OH   Với pH = 7, PH =1atm, T = 298K, ta có:  2cbH 2 Phản ứng anot: cb  Fe Fe2+ + 2e Fe  2 / H2 / Fe  2 = 0,413V = -0,44V (1.9) Vậy thép rất dễ bị ăn mòn trong nước. Ngoài ra các kim loại khác có trong thép có thế cân bằng lớn hơn  2cbH  / H2 nhưng vẫn có thể bị ăn mòn trong dung dịch có chứa oxi hoà tan [5],[14]. Trong môi trường axit, tốc độ ăn mòn phụ phuộc vào những phản ứng catot: 2H+ + 2e H2 O2 + 4H+ + 4e (1.10) 2H2O (1.11) Ở pH thấp thì phản ứng (1.11) xảy ra nhanh nên tốc độ ăn mòn lớn. Bên cạnh đó, tại catot còn xảy ra các phản ứng khác dẫn đến ăn mòn [18],[19]. Ví dụ: H2 + 2HCO3- 2CO2 + 2H2O + 2e (1.12) Thực tế trong tự nhiên, nước sông và nước biển có tốc độ ăn mòn phụ thuộc phần lớn vào lượng oxi hoà tan, hàm lượng Cl-, Br- … trong nước. - Phản ứng ăn mòn đồng trong nước: Kim loại đồng thường không bị ăn mòn trong không khí hoặc môi trường axit (H+) nhưng khi trong nước có axit và oxi hòa tan hoặc trong môi trường nước biển thì đồng có thể bị ăn mòn. Trong môi trường nước biển có ion Cl- có thể tạo phức với ion Cu2+ làm cb cho  Cu 2 / Cu Cu + 2Cl- <  2cbH  / H2 và quá trình ăn mòn sẽ xảy ra. CuCl2 + 2e cb CuCl 2 / Cu  0,194  0,059 CuCl2  Cl   2 (1.13) cb Ví dụ: với [Cl-] = 1M, [CuCl2] = 10-6M thì CuCl / Cu = -0,16V. Như vậy, đồng sẽ bị 2 ăn mòn tại pH xác định. Trong môi trường axit có chứa oxi hòa tan thì phản ứng xảy ra như sau: SVTH: Ngô Thị Miên Trang 15 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Cu Cu2+ + 2e O2 + 4H+ + 4e 2H2O 0  Cu  O0 2 2 / Cu / H 2O = 0,34V = 1,23V (1.14 ) (1. 15) Vậy, phản ứng oxy hóa đồng có thể xảy ra trong môi trường axit có chứa oxi. 1.2.5. Các phƣơng pháp bảo vệ kim loại 1.2.5.1. Bảo vệ bằng cách ngăn cách kim loại với môi trƣờng xâm thực Có nhiều cách xử lý, bảo vệ theo kiểu này: * Phủ một lớp không phải là kim loại: men, sơn, vecni, màng chất dẻo … * Phủ một lớp kim loại khác chống ăn mòn tốt hơn. Việc phủ này có thể thực hiện bằng điện phân (mạ crom, mạ niken, mạ bạc, mạ kẽm …) hoặc nhúng trong kim loại nấu chảy. * Tạo thành một lớp bề mặt bảo vệ dựa vào một phản ứng hóa học 1.2.5.2. Bảo vệ bằng các phƣơng pháp điện hóa a. Cơ sở của phương pháp bảo vệ điện hóa Hình1.4: Giản đồ thế - pH các vùng ăn mòn và bảo vệ kim loại. Thực chất của phương pháp bảo vệ điện hoá là làm cho thế kim loại cần được bảo vệ thay đổi theo hướng đưa kim loại vào vùng được bảo vệ (phương pháp bảo vệ catot) hoặc vào vùng thụ động (phương pháp bảo vệ anot). Dựa vào hình 1.4 thì trong điều kiện nào đó ta có thể chuyển thế điện cực về phía dương hơn hay âm hơn so với thế ăn mòn thì dòng ăn mòn sẽ giảm. Như vậy, SVTH: Ngô Thị Miên Trang 16 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp bảo vệ điện hóa là phân cực thế điện cực. Có 2 phương pháp bảo vệ kim loại chống ăn mòn: bảo vệ catot và bảo vệ anot. b. Phương pháp bảo vệ catot * Bảo vệ bằng dòng điện ngoài: nhờ dòng điện một chiều bên ngoài, người ta giảm thế điện cực xuống trong vùng không bị ăn mòn, hay trong giản đồ Evans ta giảm thế catot đến giá trị thế cân bằng; do đó dòng ăn mòn hướng về số 0 * Bảo vệ bằng anot hi sinh (bảo vệ bằng protectơ): Để giảm thế điện cực đến thế bảo vệ (bằng kim loại không bị ăn mòn hay thụ động hoàn toàn), ta có thể cho Fe tiếp xúc với kim loại có thế thấp hơn thế của Fe và có tác dụng như là một anot hi sinh (anot hi sinh thường dùng là Zn, Al, hợp kim Al Zn). c. Phương pháp bảo vệ anot Trong phương pháp này kim loại cần được bảo vệ được phân cực bằng dòng điện anot, khi đó thế của kim loại sẽ rơi vào trạng thái thụ động. Đường cong phân cực trong sự thụ động hóa được thể hiện ở hình vẽ. i Vùng ăn mòn Vùng thụ động iam itđ φ Hình 1.6: Đường cong phân cực trong phương pháp bảo vệ anot. Kim loại cũng có thể chuyển vào trạng thái thụ động khi được xử lí bằng dung dịch có chứa các chất oxi hóa như H2SO4 đặc nguội, HNO3 đặc nguội. Hiện tượng thụ động gắn liền với sự hình thành trên bề mặt kim loại một màng hấp phụ oxit hoặc màng muối [5],[13]. 1.2.5.3. Bảo vệ bằng chất ức chế (chất làm chậm quá trình ăn mòn) Chất ức chế ăn mòn là chất mà khi thêm một lượng nhỏ vào môi trường thì tốc độ ăn mòn điện hoá của kim loại và hợp kim giảm đi rất lớn. Tác dụng của chất SVTH: Ngô Thị Miên Trang 17 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp ức chế là ngăn cản quá trình anot, catot hay tạo màng do sự hấp phụ phân tử chất hữu cơ lên bề mặt, tạo lớp kết tủa muối trên bề mặt hoặc loại bỏ tác nhân ăn mòn… Để đánh giá hiệu quả của chất ức chế, người ta thường dựa vào 2 chỉ số sau: K 0  K1 (1.16) 100% . K0 K0: tốc độ ăn mòn của kim loại trong dung dịch khi chưa có chất ức chế (g/m2.h) - Hệ số tác dụng bảo vệ (kí hiệu: Z): Z K1: tốc độ ăn mòn của kim loại khi có chất ức chế (g/m2.h) K  0 . - Hiệu quả bảo vệ (kí hiệu: γ): K1 Z càng gần 100% thì càng tốt và γ càng lớn càng tốt [18] [19]. (1.17)  Chất ức chế hữu cơ Tác dụng của chất ức chế hữu cơ là hấp phụ lên bề mặt kim loại và làm giảm hoặc ngăn chặn phản ứng của kim loại với môi trường bên ngoài. Sự hấp phụ hợp chất hữu cơ lên bề mặt kim loại được thực hiện bằng cách thay các phân tử nước trên bề mặt kim loại và tạo thành một lớp màng rào cản. Sự có mặt của electron chưa liên kết và electron pi trong phân tử chất ức chế tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển điện tử từ chất ức chế đến kim loại và liên kết được hình thành. Lực liên kết phụ thuộc vào mật độ điện tử trên nguyên tử cho. Sự liên kết này làm cho mật độ điện tử trên kim loại tại các điểm “hút electron” thay đổi dẫn đến làm chậm phản ứng ăn mòn điện anot. Cũng có ý kiến cho rằng chất hữu cơ hấp phụ lên bề mặt kim loại, đầu tiên là hấp phụ vật lý do lực tĩnh điện và lực Vander Waals, sau là hấp phụ hóa học: các nguyên tử N, O, S hoặc các liên kết đôi có trong thành phần của chất ức chế sẽ tương tác với các electron d hoặc obitan d trống của kim loại tạo thành lớp màng trên bề mặt kim loại [17],[18],[19]. Như vậy, những hợp chất hữu cơ có khả năng ức chế ăn mòn kim loại khi trong phân tử của chúng có các cặp electron tự do của các dị tố như N, S, O hoặc là hợp chất có chứa liên kết pi hoặc chúng là các hợp chất dị vòng. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 18 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH HỢP CHẤT HỮU CƠ Để chiết tách các hợp chất hữu cơ từ nguồn nguyên liệu thiên nhiên người ta thường sử dụng các phương pháp chưng cất, chiết, kết tinh và tách bằng sắc kí. 1.3.1. Phƣơng pháp chƣng cất Chưng cất là sự tách rời các cấu phần của một hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của chúng.Với một áp suất,nhiệt độ sôi tương ứng của hỗn hợp luôn luôn thấp hơn nhiệt độ sôi của từng hợp chất. Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà từ lâu phương pháp chưng cất hơi nước là phương pháp đầu tiên dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực vật. 1.3.1.1. Chƣng cất thƣờng Khi cần tách lấy một chất lỏng có nhiệt độ sôi không cao lắm ra khỏi các chất có nhiệt độ sôi khác biệt so với nó, người ta dùng phương pháp chưng cất thường. 1.3.1.2. Chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định. Trường hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, acid béo thì khi chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn. Những hợp chất hữu cơ không tan hoặc rất ít tan trong nước, mặc dù có nhiệt độ sôi cao nhưng khi trộn với nước sẽ tạo ra hỗn hợp sôi ở nhiệt độ xấp xỉ 1000C (ở áp suất thường). Khi đó ở pha hơi số mol chất hữu cơ (nchc) và số mol nước (nn) sẽ tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của chúng ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp (nchc : nn = Pchc: Pn). Làm lạnh pha hơi sẽ thu được pha hữu cơ (lỏng hoặc rắn) cùng với nước lỏng. Sau khi chiết hoặc lọc sẽ thu được pha hữu cơ [9]. SVTH: Ngô Thị Miên Trang 19 Báo cáo khóa luận tốt nghiệp Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất hơi nước là sự khuếch tán, sự thủy giải và nhiệt độ. - Sự khuếch tán: ngay khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô chứa tinh dầu bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi. Phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu. Von Rechenberg đã mô tả quá trình chưng cất hơi nước như sau: “Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật. Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi. Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này. Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết. Lượng nước càng nhiều thì càng có lợi cho quá trình khuếch tán nhưng nó lại hòa tan các cấu tử phân cực trong tinh dầu vì thế lượng tinh dầu giảm đi. - Sự thủy giải: những cấu phần ester trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra acid và alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước. Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt. - Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chưng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết. Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt. Tóm lại, ba yếu tố trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng có liên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán thẩm thấu và hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy tinh dầu cũng tăng theo [9],[11]. 1.3.2. Phƣơng pháp chiết Chiết là phương pháp dùng một dung môi thích hợp hòa tan chất cần tách thành một pha lỏng (gọi là dịch chiết) phân chia khỏi pha lỏng (hoặc pha rắn) SVTH: Ngô Thị Miên Trang 20
- Xem thêm -