Tài liệu Luận án ts nghiên cứu tính chất điện hóa và khả năng ức chế ăn mòn thép cacbon thấp trong môi trường axit của một số hợp chất có nguồn tự nhiên

www.DaiHocThuDauMot.edu.vn B GIÁO D C VÀ ÀO T O VI N KHOA H C VÀ CÔNG NGH VI T NAM VI N HÓA H C ******** TRƯƠNG TH TH O NGHIÊN C U TÍNH CH T I N HÓA VÀ KH NĂNG C CH ĂN MÒN THÉP CACBON TH P TRONG MÔI TRƯ NG AXIT C A M T S CÓ NGU N G C T H P CH T NHIÊN LU N ÁN TI N SĨ HÓA H C Hà N i – 2012 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn B GIÁO D C VÀ ÀO T O VI N KHOA H C VÀ CÔNG NGH VI T NAM VI N HÓA H C ******** TRƯƠNG TH TH O NGHIÊN C U TÍNH CH T I N HÓA VÀ KH NĂNG C CH ĂN MÒN THÉP CACBON TH P TRONG MÔI TRƯ NG AXIT C A M T S CÓ NGU N G C T H P CH T NHIÊN Chuyên ngành: Hóa lý thuy t và Hóa lý Mã s ngành: 62.44.31.01 LU N ÁN TI N SĨ HÓA H C NGƯ I HƯ NG D N KHOA H C 1. GS.TS. Lê Qu c Hùng 2. PGS.TS. Vũ Th Thu Hà Hà N i - 2012 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn L i c m ơn Tôi xin g i l i c m ơn t i Ban lãnh vi n, B ph n ào t o, các phòng ch c năng Vi n Hóa h c, Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam. Tôi xin bày t lòng kính tr ng và bi t ơn sâu s c n th y giáo, GS.TS Lê Qu c Hùng, cô giáo PGS.TS Vũ Th Thu Hà ã t n tình hư ng d n và t o m i i u ki n giúp tôi trong su t quá trình th c hi n lu n án. Tôi xin nghiên c u hóa Nam và anh ch Nguyên ã h tr ư c c m ơn anh ch em t p th ng d ng tin h c trong h c – Vi n Hóa h c – Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t em trong Khoa Hóa h c, trư ng H Khoa h c, H Thái tôi r t nhi u trong quá trình th c hi n lu n án. Tôi cũng xin g i l i c m ơn n Phòng Ăn mòn, Trung tâm ánh giá Hư H ng v t li u – Vi n Khoa h c V t li u và phòng T ng h p H u cơ – Vi n Hóa h c – Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam. Tôi chân thành c m ơn gia ình, b n bè, h c trò ã quan tâm, viên và t o i u ki n giúp tôi hoàn thành lu n án. Hà N i, tháng 05 năm 2012 Nghiên c u sinh Trương Th Th o ng www.DaiHocThuDauMot.edu.vn M CL C Trang L I C M ƠN DANH M C CÁC KÝ HI U VI T T T DANH M C B NG DANH M C HÌNH 1.1. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.2. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. M U CHƯƠNG 1: T NG QUAN T ng quan v ăn mòn kim lo i nh nghĩa ăn mòn kim lo i Phân lo i ăn mòn Khái quát v thép Các phương pháp b o v ch ng ăn mòn kim lo i Thi t k h p lý L a ch n v t li u thích h p X lý môi trư ng 1 5 5 5 5 8 10 10 10 10 1.2.4. 1.2.5. 1.3. 1.3.1. T o l p ph b o v Phương pháp i n hóa S d ng các ch t c ch b o v ch ng ăn mòn kim lo i Gi i thi u v ch t c ch ch ng ăn mòn kim lo i 11 11 11 11 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.5.1. 1.3.5.2. 1.3.5.3. Cơ ch ho t ng c a ch t c ch ăn mòn kim lo i Phân lo i ch t c ch ăn mòn kim lo i Các ch t c ch ăn mòn kim lo i th c t ã ư c s d ng Ch t c ch thân thi n môi trư ng Khái ni m Tình hình nghiên c u v ch t c ch xanh trong và ngoài nư c Thu n l i và h n ch 2 14 15 19 19 19 9 1.3.6. Gi i thi u m t s cây tr ng có ti m năng dùng c ch ăn mòn kim lo i Thái Nguyên 30 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U VÀ TH C NGHI M 36 Hóa ch t, d ng c , thi t b Hóa ch t 36 36 2.1. 2.1.1. www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 2.1.2. 2.1.3. 2.2. D ng c Thi t b i u ch và kh o sát thành ph n hóa h c các ch t c ch ăn mòn kim lo i 2.2.1. i u ch các ch t c ch 2.2.1.1 X lý m u lá tươi 2.2.1.2. Chi t m u th c v t 2.2.1.3. Tách cao chi t chè trong nư c 36 36 37 37 37 37 38 2.2.1.4. 2.2.2. 2.2.2.1. 2.2.2.2. 2.2.3. 2.3. Tách caffein Phương pháp kh o sát thành ph n hóa h c m u th c v t Phương pháp s c ký l p m ng Phương pháp ph c ng hư ng t h t nhân(NMR) Th c nghi m kh o sát thành ph n hóa h c các m u th c v t Phương pháp nghiên c u ăn mòn kim lo i 39 39 39 40 42 42 2.3.1 2.3.1.1 2.3.1.2 2.3.1.3 Các phương pháp nghiên c u ăn mòn kim lo i Phương pháp quan sát Phương pháp t n hao kh i lư ng Các phương pháp i n hóa 42 42 44 45 2.3.2. 2.3.2.1. 2.3.2.2. 2.3.2.3 Th c nghi m nghiên c u ăn mòn kim lo i Các lo i m u kim lo i nghiên c u Chu n b m u kim lo i Chu n b dung d ch 50 50 50 51 2.3.2.4. Th nghi m CHƯƠNG 3: K T QU TH O LU N 3.1. Kh o sát c ch ăn mòn thép b ng các s n ph m chi t t các m u th c v t 3.1.1. Chi t m u th c v t 3.1.2. Kh o sát kh năng c ch ăn mòn thép c a các cao chi t thu ư c 3.1.2.1. nh hư ng c a n ng cao chi t axit 3.1.2.2. nh hư ng c a n ng 3.1.2.3. nh hư ng c a th i gian th nghi m 3.1.3. K t h p m t s phương pháp nghiên c u ăn mòn và b o v ăn mòn thép CT38 b ng m t s ch t c ch khác nhau 52 55 55 55 55 56 62 65 69 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 3.2. c ch ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng axit b ng các s n ph m tách t cao chi t chè trong nư c 3.2.1. Tách và kh o sát thành ph n hóa h c cao chi t chè trong nư c 3.2.1.1. Tách cao chi t chè trong nư c W(C) 81 81 81 3.2.1.2. Kh o sát sơ b thành ph n hóa h c các c n chi t phân o n t cao chi t W(C) 3.2.2. Kh năng c ch ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng axit c a các c n chi t phân o n t cao chi t chè 82 Kh o sát m t s y u t trong s c ch ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng axit c a c n nư c tách t cao chi t chè 3.2.3.1. nh hư ng c a n ng axit và n ng c n chi t 3.2.3.2. nh hư ng c a th i gian th nghi m 3.2.4. Tách caffein và kh o sát kh năng dùng caffein làm ch t c ch ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng axit 87 3.2.3. 3.2.4.1. Tách và xác 3.2.4.2. nh hư ng c 3.2.4.3. nh hư ng c 3.2.4.4. nh hư ng c 3.3. xu t ban nh cofein a n ng cofein a nhi t a th i gian th nghi m u cơ ch c ch ăn mòn thép CT38 trong môi 3.3.1. 3.3.2. trư ng axit c a các ch t c ch nghiên c u Cơ ch h p ph Nhi t ng h c quá trình h p ph và quá trình ăn mòn 3.3.3. Cơ ch c ch ăn mòn K T LU N DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH Ã CÔNG B TÀI LI U THAM KH O PH L C 83 87 89 92 92 94 100 101 105 105 110 114 116 118 119 128 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn DANH M C CÁC KÝ HI U VI T T T Ký hi u Ý nghĩa AES Ph i n t Auger AFM Atomic force microscopy - Kính hi n vi l c nguyên t B C n n-butanol C N ng Cdl ch t c ch (g/l) i n dung l p kép CPE Nguyên t pha D C n diclometan DNA Acid Deoxyribo Nucleic (ADN - ti ng pháp hay DNA - ti ng anh) DPD Phương pháp phân c c th ng E* Năng lư ng ho t hóa quá trình ăn mòn Eam Th ăn mòn (Th m ch h , th ngh , th oxy hóa kh ) (V) EA C n etylaxetat E(C) D ch chi t chè trong etanol (cao chi t) EDS Ph tán s c năng lư ng tia X EGCG EIS ∆E FTIR Epigallocatechin-3-gallat o t ng tr Năng lư ng c ng hư ng t h t nhân Fourier transform infrared spectroscopy - Quang ph chuy n ∆Ghp H H (%) i Fourier Bi n thiên th ng nhi t ng áp quá trình h p ph C n hexan Hi u qu b o v (%) Hz Hertz (héc)T n s ∆H Bi n thiên entanpi quá trình (h p ph ) iam M t i M t o dòng o ư c áp ng theo th áp vào (mA/cm2) o dòng ăn mòn (mA/cm2) h ng ngo i www.DaiHocThuDauMot.edu.vn K LSA H ng s cân b ng h p ph Vi t t t tên hóa ch t - d-lysergic axitamin M N ng m Kh i lư ng (g) M80(T) mol/l D ch chi t thu c lá trong dung môi methanol:nư c = 8:2 NRM Ph c ng hư ng t h t nhân NTG N-(5,6-diphenyl-4,5-dihydro-[1,2,4]ưtriazin-3-yl)-guanidin ppm part of million - N ng Qhp Nhi t h p ph Rp RS(Rdd) S SEM m t ph n tri u g/lít (mg/l) i n tr phân c c ( ) i n tr dung d ch Di n tích (cm2) Phương pháp kính hi n vi i n t quét t Th i gian (phút, ngày) T Nhi t UV Utraviolet - Tia t ngo i hay tia c c tím ăn mòn v T c V Th tích (l) XPS, ESCA W Ph huỳnh quang tia X C n nư c W(C) D ch chi t chè trong nư c WDS Phôt tán s c bư c sóng tia X WL W(T) Weight lost - t n hao kh i lư ng D ch chi t thu c lá trong nư c η Quá th β H ng s tafel www.DaiHocThuDauMot.edu.vn DANH M C B NG Tên b ng Trang B ng 2.1: Danh m c các s n ph m chi t m u th c v t 37 B ng 2.2: Các m u kim lo i nghiên c u 50 B ng 3.1: T l kh i lư ng cao chi t so v i kh i lư ng m u th c v t khô 55 B ng 3.2: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 1M có m t các cao chi t các n ng khác nhau 58 B ng 3.3: Các c trưng quá trình ăn mòn thép so sánh trong môi trư ng HCl 1M có m t các cao chi t các n ng khác nhau 61 B ng 3.4: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng khác nhau HCl 0,01M có m t cao chi t W(C) các n ng 64 B ng 3.5: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 0,01M có m t W(C) và W(T) các n ng khác nhau theo th i gian 68 B ng 3.6: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 0,01M có m t các ch t c ch khác nhau theo th i gian (Phương pháp t n hao kh i lư ng) 70 B ng 3.7: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 0,01M có m t các ch t c ch khác nhau theo th i gian (Phương pháp i n hóa) 73 B ng 3.8: Hàm lư ng các phân o n tách cao chi t W(C) 81 B ng 3.9: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl có m t các c n phân o n tách t cao chi t W(C) n ng khác nhau 85 B ng 3.10: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl HCl có m t c n W tách t cao chi t chè W(C) n ng khác nhau 25oC 88 B ng 3.11: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 0,01M có m t c n W n ng 1g/l theo th i gian 25oC 90 B ng 3.12: K t qu phân tích EDS b m t thép CT38 ngâm trong dung d ch HCl 1M có và không có m t c n W 5g/l sau 1 gi 25oC 91 B ng 3.13: Các thông s quá trình th nghi m ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 1M có m t caffein n ng khác nhau 25oC theo phương pháp t n hao kh i lư ng 94 B ng 3.14 Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 1M có m t caffein n ng khác nhau 25oC theo 96 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn phương pháp i n hóa B ng 3.15: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 1M có m t caffein n ng khác nhau 25oC theo phương pháp t ng tr 98 B ng 3.16: K t qu phân tích EDS b m t thép CT38 ngâm trong dung d ch HCl 1M có và không có m t caffein 3g/l sau 1 gi 25oC 100 B ng 3.17: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 1M có m t caffein n ng 3g/l nhi t khác nhau 102 B ng 3.18: Các c trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng HCl 1M có m t caffein n ng 3g/l theo th i gian (phương pháp i n hóa) 94 B ng 3.19: Phương trình h p ph ng nhi t Langmuir và các thông s nhi t ng quá trình h p ph W(C) và W lên thép CT38 trong dung d ch HCl 110 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn DANH M C HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1: Sơ ăn mòn i n hoá c a kim lo i i n li Hình 1.2: Mô hình quá trình h p ph 13 Hình 1.3: Liên k t gi a polysaccarit v i Fe 23 Hình 1.4: Thành ph n hóa h c chính c a d u Fennel 23 Hình 1.5: C u trúc phân t LSA 24 Hình 1.6: C u trúc hóa h c Andrographolid - thành ph n chính c a d ch chi t lá Kalmegh 25 Hình 1.7: C u trúc hóa h c NTG 27 Hình 1.8: C u trúc hóa h c c a Penicillin V Kali. 28 Hình 1.9: Cơ ch h p ph c a Penicillin v i b m t thép 28 Hình 1.10: Cành, lá, hoa và qu chè. 31 Hình 1.11: Các d n xu t catechin thư ng có trong lá chè xanh 29 Hình 1.12: Cafein(Cofein) 29 Hình 1.13: Cây và hoa thu c lá. 34 Hình 2.1: Sơ tách cao chi t chè trong nư c 38 Hình 2.2: C u t o c a kính hi n vi i n t quét SEM 43 Hình 2.3: t trong dung d ch ch t ư ng phân c c E-I 6 46 Hình 2.4: ư ng cong phân c c (E-logi)c a kim lo i Me trong môi trư ng axit 46 Hình 2.5: Áp d ng ư ng phân c c tuy n tính dòng th 47 Hình 2.6: i n tr phân c c tính t th c nghi m 47 Hình 2.7: Bi u di n hình h c các ph n t ph c 48 Hình 2.8: M ch tương ương trong ph t ng tr 49 Hình 2.9: T ng tr trên m t ph ng ph c- Gi n Hình 2.10: C u t o i n c c làm vi c 50 Hình 2.11: M u th nghi m ăn mòn theo phương pháp t n hao kh i lư ng 51 Nyquist 49 và quan sát b m t vi mô Hình 2.12: Ngâm m u th nghi m ăn mòn theo phương pháp t n hao kh i lư ng và quan sát b m t vi mô 52 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn Hình 2.13: H th ng thi t b : Máy Potentio – galvanostat CPA-HH3 53 Hình 3.1: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 ngâm 60 phút trong môi trư ng HCl 1M có m t các cao chi t các n ng khác nhau t i nhi t phòng 56 Hình 3.2: Hi u qu c ch ăn mòn thép CT38 trong dung d ch HCl 1M c a các cao chi t v i n ng khác nhau 58 Hình 3.3: ư ng cong phân c c d ng log c a thép so sánh ngâm 60 phút trong môi trư ng HCl 1M có m t các caoh chi t các n ng khác nhau t i nhi t phòng 60 Hình 3.4: Hi u qu c ch ăn mòn thép so sánh trong dung d ch HCl 1M c a các cao chi t n ng khác nhau. 61 Hình 3.5: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung khác nhau d ch HCl 1M có m t W(C) các n ng 63 Hình 3.6: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung d ch HCl 0,01M có m t W(C) các n ng khác nhau 63 Hình 3.7: Hi u qu c ch ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng axit HCl n ng khác nhau theo n ng cao chi t 64 Hình 3.8: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung d ch HCl 0.01M có m t cao chi t khác nhau theo th i gian ngâm m u khác nhau t i 25oC 68 Hình 3.9: ăn mòn c a thép CT38 trong dung d ch HCl S thay i t c 0,01M có m t cao chi t khác nhau theo th i gian 69 Hình 3.10: T c ăn mòn thép CT38 theo th i gian trong môi trư ng HCl 0,01M có m t các ch t c ch theo phương pháp t n hao kh i lư ng 71 Hình 3.11: ư ng cong phân c c d ng logc a thép CT38 trong dung d ch HCl 0,01M không và có m t các ch t c ch theo th i gian ngâm t i nhi t phòng 72 Hình 3.12: ư ng bi u di n t c ăn mòn c athép CT38 trong dung d ch HCl 0,01M theo th i gian (Phương pháp i n hóa) 74 Hình 3.13: Ph t ng tr Nyquist c a i n c cthép CT38 trong môi trư ng HCl 0,01M có và không có ch t c ch theo th i gian ngâm 75 Hình 3.14: nh SEM m u thép CT38 trong dung d ch HCl 0,01M có các ch t c ch khác nhau sau 3 ngày ngâm nhi t phòng 78 Hình 3.15: nh SEM m u thép CT38 trong dung d ch HCl 0,01M có các ch t c ch khác nhau sau 6 ngày ngâm nhi t 79 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn phòng Hình 3.16: nh SEM m u thép CT38 trong dung d ch HCl 0,01M có các ch t c ch khác nhau sau 10 ngày ngâm nhi t phòng 80 Hình 3.17: nh ch p ph c ng hư ng t h t nhân 13C -1H c n D 82 Hình 3.18: S c ký l p m ng các c n EA,B và W so v i ch t chu n 83 Hình 3.19: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung d ch HCl có m t các c n chi t phân o n c a cao chè nư c n ng khác nhau 84 Hình 3.20: T c ăn mòn thép CT38 ngâm 60 phút t i 25oC trong các dung d ch HCl có m t các ch t c ch khác nhau 86 Hình 3.21: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung khác nhau d ch HCl 0,01M có m t c n W các n ng 87 Hình 3.22: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung khác nhau d ch HCl 1M có m t c n W các n ng 88 Hình 3.23: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung d ch HCl 0.01M có m t c n nư c các th i gian ngâm m u khác nhau. 89 Hình 3.24: S thay i i n tr phân c c thép CT38 trong dung d ch HCl 0,01M có m t W(C) và W 1g/l theo th i gian ngâm m u 25oC 90 Hình 3.25: nh ch p b m t thép CT38 ngâm trong dung d ch HCl 1M (a,b) có m t c n W 5g/l (c,d) sau 1gi ngâm 25oC 91 Hình 3.26: nh ch p ph c ng hư ng t h t nhân 13C -1H c a caffein tách tr c ti p t chè xanh 93 Hình 3.27: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung d ch HCl 1M có m t caffein các n ng khác nhau 95 Hình 3.28: Ph t ng tr (a) và m ch tương ương (b)thép CT38 ngâm 60 phút trong dung d ch HCl 1M có m t cafffein n ng khác nhau 25oC 97 Hình 3.29: nh ch p b m t thép CT38 ngâm trong dung d ch HCl 1M (a,b) có m t caffein 3g/l (c,d) sau 1gi ngâm 25oC 99 Hình 3.30: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung d ch HCl 1M không và có m t caffeine 3g/l các nhi t khác nhau 100 Hình 3.31: ư ng cong phân c c d ng log c a thép CT38 trong dung d ch HCl 1M có m t caffein 3g/l các th i gian ngâm m u khác nhau 102 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn Hình 3.32: T c ăn mòn thép CT38 trong dung d ch HCl 1M có m t caffein 3g/l 25oC theo th i gian th nghi m 103 Hình 3.33: Ph t ng tr c a thép CT38 trong dung d ch HCl 1M (a) có m t caffein 3g/l (b) các th i gian ngâm m u khác nhau 103 Hình 3.34: Mô hình tương tác gi a ch t b h p ph v i b m t kim lo i 108 Hình 3.35: ư ng h p ph ng nhi t Langmuir c a các ch t c ch khác nhau lên thép CT38 trong dung d ch HCl 25oC 109 Hình 3.36: Phương trình Arrhenius cho quá trinh ăn mòn c a thép CT38 ngâm 60 phút trong dung d ch HCl 1M có và không có caffein 3g/l 113 www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 1 M U Kim lo i v i nhi u ưu i m n i tr i như: kh năng d n nhi t, d n i n t t; b n cơ h c cao, co ít, kháng kéo cao; b n nhi t cao; d dàng ch t o ra các thi t b , máy móc v.v... nên ã ư c ng d ng trong h u h t các ngành công nghi p ch t o các thi t b , các c u ki n, máy móc cũng như trong i s ng hàng ngày như dùng nhà b p, m t s phương ti n sinh ho t, nguyên li u xây d ng nhà hay các công trình dân d ng, … Kim lo i ư c ng d ng r ng rãi nh t chính là thép. V n t ra cho các nhà s n xu t và ngư i s d ng v t li u là: trong môi trư ng làm vi c khác nhau, kim lo i (thép) luôn b ăn mòn d n m t cách t nhiên. S ăn mòn làm bi n i m t lư ng l n các kim lo i (thép) thành s n ph m ăn mòn, làm suy gi m các tính ch t c trưng c a kim lo i, có th d n n nhi u h u qu n ng n i v i quá trình s n xu t và an toàn lao ng, gây ra t n th t l n i v i n n kinh t qu c gia. Ngoài ra, m t chi phí n a dùng cho vi c nghiên c u tìm ra các v t li u m i h n ch ăn mòn hay các phương pháp b o v v t li u ch ng ăn mòn. T ng chi phí này khá l n các n n kinh t phát tri n và ang phát tri n. Theo s li u th ng kê năm 2011 c a Sastri [22], t ng chi phí cho v n nghiên c u và x lý ăn mòn kim lo i M năm 1975 là 82 t ôla, năm 1995 ã lên 296 t ôla và năm 2010 là 549 t ôla. Vì v y vi c nghiên c u v ăn mòn và b o v kim lo i là m t v n r t có ý nghĩa v khoa h c và th c ti n. Có nhi u phương pháp b o v kim lo i (và thép) kh i ăn mòn ã ư c th c hi n. Trong ó, s d ng ch t c ch là m t trong nh ng phương pháp b o v truy n th ng khá hi u qu , có th kéo dài tu i th c a các công trình lên 2- 5 l n và có tính kinh t cao. Nhi u lo i ch t c ch ã ư c s d ng r ng rãi như mu i nitrit, mu i cromat, mu i photphat, các amin h u cơ,… Tuy nhiên, s nh hư ng c a ch t c ch n ngư i lao ng và môi trư ng ã ít ư c quan tâm trong m t th i gian dài, th c t ã s d ng nh ng hóa ch t r t c h i như nitrit, cromat,…. Hi n nay, v n này ã tr thành m t trong nh ng tiêu chí hàng u khi l a ch n m t ch t ưa vào s d ng, nhi u ch t c ch truy n th ng ã b h n ch , th m chí c m s d ng do nh hư ng c h i c a chúng v i con ngư i và môi trư ng. www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 2 M t xu hư ng nghiên c u m i i v i các nhà nghiên c u ăn mòn Vi t Nam cũng như trên th gi i, ó là tìm ki m các ch t c ch thân thi n môi trư ng. Trong kho ng vài ch c năm tr l i ây, trên th gi i ã công b nhi u k t qu nghiên c u v các ch t c ch xanh khác nhau, nhi u nh t là l y t cây tr ng. D ch chi t cây tr ng có thành ph n h u cơ a d ng, có kh năng h p ph lên b m t kim lo i h n ch ăn mòn mà l i d ki m, d ch bi n, giá thành không cao; nh ng ch t có ngu n g c cây tr ng có th t ng h p ư c d mà không c hai cũng ư c nghiên c u. Ngoài ra còn m t s nghiên c u s d ng nh a cây, m t mía, m t ong, d u th c v t,… thu c và các h p ch t c a các nguyên t t hi m. Tuy nhiên, khuynh hư ng này v n ang d ng giai o n nghiên c u, tìm ki m, ch n l c, hư ng i n áp d ng còn chưa rõ. nư c ta, v i phân lo i th c v t a d ng, hư ng nghiên c u này còn khá m i m , m i b t u trong vài năm g n ây. Chính vì v y, vi c nghiên c u các ch t c ch ăn mòn xanh thân thi n v i môi trư ng t các cây tr ng nhi t i là m t hư ng i quan tr ng và phù h p v i nư c ta. Do ó chúng tôi ch n tài “Nghiên c u tính ch t i n hóa và kh năng c ch ăn mòn thép cacbon th p trong môi trư ng axit c a m t s h p ch t có ngu n g c t nhiên”. M c ích : Tìm ki m, nghiên c u c trưng i n hóa và kh năng b o v thép cacbon th p kh i s ăn mòn trong môi trư ng axit c a các ch t c ch xanh, có ngu n g c t nhiên, thân thi n v i môi trư ng nh m thay th m t s ch t c ch truy n th ng c h i, gây ô nhi m môi trư ng. N i dung nghiên c u t p trung vào các i m sau: - Tách, chi t l y d ch chi t (cao chi t) m t s cây tr ng ph bi n phương (Thái Nguyên) như t cây chè và thu c lá. a - Kh o sát kh năng c ch ăn mòn thép trong môi trư ng axit c a các s n ph m chi t thu ư c. L a ch n s n ph m chi t n nh, có hi u qu c ch ăn mòn t t th c hi n các nghiên c u sâu hơn. - Xác nh thành ph n hóa h c c a s n ph m chi t ư c, tách phân o n ho c tách l y tinh ch t ph c v nghiên c u hi u qu c ch ăn mòn. www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 3 - Bư c u gi i thích cơ ch c ch ăn mòn c a các ch t c ch th nghi m và tính toán các thông s nhi t ng h c c a quá trình. i m m i c a lu n án: - ây là lu n án u tiên Vi t Nam ti n hành nghiên c u v kh năng c ch ăn mòn kim lo i c a m t s ch t c ch xanh thân thi n môi trư ng. - Chi t, tách ư c m t s ch t c ch ăn mòn có hi u qu khá cao t các cây tr ng ph bi n t i a phương: Cao chi t thu c lá trong nư c, cao chi t chè trong nư c, c n nư c c a cao chi t chè trong nư c, caffein trong chè. K t qu cho th y hi u qu c ch c a các ch t kh o sát là có th so sánh v i ch t c ch hóa h c truy n th ng như urotropin. ây là cơ s cho vi c ti n t i ng d ng các ch t c ch xanh trong b o v ch ng ăn mòn kim lo i. - Ch ng t quá trình c ch ăn mòn thép c a các d ch chi t cây tr ng theo cơ ch h p ph v t lý ơn l p. Quá trình h p ph này tuân theo quy lu t h p ph ng nhi t Langmuir có hi u ch nh h s tuy n tính. - Tính toán các thông s nhi t ng h c quá trình ăn mòn và quá trình h p ph c a ch t c ch . Ch ng minh ư c quá trình h p ph là quá trình t di n bi n (∆G<0), t a nhi t (∆H>0), năng lư ng ho t hóa quá trình ăn mòn tăng khi dung d ch có m t ch t c ch . Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a lu n án Lu n án ã kh o sát b ng th c nghi m m t cách h th ng v kh năng c ch ch ng ăn mòn i v i thép cacbon th p trong môi trư ng axit c a các cao chi t chè, thu c lá, m t s s n ph m tách t chè Thái Nguyên. S li u th c nghi m ã ch ng minh có th h n ch ăn mòn thép cacbon th p trong môi trư ng axit b ng cao chi t chè, thu c lá cũng như m t s s n ph m tách ư c t chè. K t qu ch rõ các thông s th c nghi m v i u ki n b o v c ch ăn mòn như n ng , th i gian, nhi t cũng như phương pháp ti n hành th c nghi m và tính toán k t qu . Lu n án cũng tính toán ư c các thông s nhi t ng h c quá trình h p ph , quá trình ăn mòn và c ch ăn mòn. Có th th y ây là các s li u m i có giá tr , óng góp c v m t th c ti n và lý thuy t cho chuyên ngành nghiên c u h p ph , x lý b m t và b o v kim lo i. www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 4 Hơn n a, k t qu lu n án còn góp ph n nh hình m t hư ng nghiên c u m i, phù h p v i xu th chung trên th gi i cũng như các i u ki n c a Vi t Nam: Tìm ki m, th nghi m các ch t c ch xanh thân thi n môi trư ng. Lu n án còn óng góp vào vi c kh ng nh kh năng t i u ch các ch t c ch ăn mòn, áp ng ư c yêu c u nghiên c u và hư ng t i vi c ng d ng trong nư c. C u trúc lu n án Ph n m u: gi i thi u lý do ch n tài, m c ích, ý nghĩa khoa h c c a lu n án. Chương 1: T ng quan 1) T ng quan v ăn mòn kim lo i, các phương pháp b o v ch ng ăn mòn kim lo i. 2) Chi ti t v c ch ăn mòn kim lo i và c ch xanh. Chương 2: Th c nghi m và phương pháp nghiên c u 1) Hóa ch t, d ng c , thi t b . 2) i u ch và kh o sát thành ph n hóa h c các ch t c ch ăn mòn kim lo i. 3) Phương pháp nghiên c u ăn mòn kim lo i. Chương 3: K t qu và th o lu n. 1) Kh o sát kh năng c ch ăn mòn thép cacbon b ng các s n ph m chi t t các m u th c v t. 2) c ch ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng axit b ng các c n phân o n tách t cao chi t chè trong nư c. 3) xu t ban u cơ ch c ch ăn mòn thép CT38 trong môi trư ng axit c a các ch t c ch nghiên c u. Ph n k t lu n trình bày các k t qu chính c a lu n án. www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 5 CHƯƠNG 1: T NG QUAN 1. 1. T NG QUAN V ĂN MÒN KIM LO I 1.1.1 nh nghĩa ăn mòn kim lo i Có nhi u cách nh nghĩa ăn mòn kim lo i [1-5,21-23]: S ăn mòn kim lo i là quá trình làm gi m ch t lư ng và tính ch t c a kim lo i do s tương tác c a chúng v i môi trư ng xâm th c gây ra. Ho c, Ăn mòn kim lo i là m t ph n ng không thu n ngh ch x y ra trên b m t gi i h n gi a v t li u kim lo i và môi trư ng xâm th c ư c g n li n v i s m t mát ho c t o ra trên b m t kim lo i m t thành ph n nào ó do môi trư ng cung c p. N u xem hi n tư ng ăn mòn kim lo i x y ra theo cơ ch i n hoá thì s ăn mòn kim lo i có th nh nghĩa như sau: Ăn mòn kim lo i là m t quá trình x y ra ph n ng ôxy hoá kh trên m t gi i h n ti p xúc gi a kim lo i và môi trư ng ch t i n li, nó g n li n v i s chuy n kim lo i thành ion kim lo i ng th i kèm theo s kh m t thành ph n c a môi trư ng và sinh ra m t dòng i n. 1.1.2 Phân lo i ăn mòn Có nhi u cách phân lo i ăn mòn kim lo i[1-5,21-23]: a) Phân lo i theo b n ch t quá trình. Theo b n ch t quá trình, ăn mòn thư ng chia hai lo i: Ăn mòn hoá h c:Ăn mòn hoá h c là s phá hu kim lo i ho c h p kim do kim lo i ph n ng v i các ch t khí (O2; Cl2…) và hơi nư c nhi t cao. 2 Fe + 3Cl2 (x+2y)Fe + (x+3y)/2 O2 3Fe + 4H2O(h) To To To 2FeCl3 xFeO.yFe2O3 Fe3O4 + 4H2↑ B n ch t c a ăn mòn hoá h c là quá trình ôxy hoá kh , trong ó các electron c a kim lo i ư c chuy n tr c ti p n các ch t ôxy hóa trong môi trư ng. www.DaiHocThuDauMot.edu.vn 6 Ăn mòn i n hoá: Ăn mòn i n hoá là quá trình phá hu kim lo i t di n bi n khi kim lo i ti p xúc v i dung d ch i n li làm phát sinh dòng i n gi a vùng anot và vùng catot. B n ch t c a ăn mòn i n hoá là m t quá trình ôxy hoá kh x y ra trên b m t gi i h n hai pha kim lo i/dung d ch i n li. Khi ó kim lo i b hoà tan vùng anot kèm theo ph n ng gi i phóng H2 ho c tiêu th O2 vùng catot, ng th i sinh ra dòng i n t o thành m t pin i n khép kín (Hình 1.1). Hình 1.1: Sơ ăn mòn i n hoá c a kim lo i [3] t trong dung d ch ch t i n li x y ra ăn mòn i n hóa, ba y u t c n thi t là: Dung d ch i n ly, anot và catot. * Anot : Anot là khu v c mà t i ó kim lo i b ăn mòn hay kim lo i b hòa tan (quá trình ôxy hoá): M → Mn+ + ne T i anot, kim lo i chuy n thành ion tách kh i b m t kim lo i i vào dung d ch và l i electron trên b m t kim lo i. Do ó, b m t kim lo i dư i n tích âm hơn. Các electron vùng anot ư c chuy n d n n vùng catot. *Catot: Catot là nơi x y ra s tiêu th electron (qúa trình kh ) b i các tác nhân ôxy hóa: Ox + ne s n ph m