Luận án 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 gốc tự nhiên

Kim loại với nhiều ưu điểm nổi trội như: khảnăng dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; độbền cơhọc cao, độco ít, độkháng kéo cao; độbền nhiệt cao; dễdàng chếtạo ra các thiết bị, máy móc v.v. nên đã được ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp chếtạo các thiết bị, các cấu kiện, máy móc cũng nhưtrong đời sống hàng ngày như đồdùng nhà bếp, một sốphương tiện sinh hoạt, nguyên liệu xây dựng nhà ởhay các công trình dân dụng, Kim loại được ứng dụng rộng rãi nhất chính là thép. Vấn đề đặt ra cho các nhà sản xuất và người sửdụng vật liệu là: trong môi trường làm việc khác nhau, kim loại (thép) luôn bị ăn mòn dần một cách tự nhiên. Sự ăn mòn làm biến đổi một lượng lớn các kim loại (thép) thành sản phẩm ăn mòn, làm suy giảm các tính chất đặc trưng của kim loại, có thểdẫn đến nhiều hậu quảnặng nề đối với quá trình sản xuất và an toàn lao động, gây ra tổn thất lớn đối với nền kinh tếquốc gia. Ngoài ra, một chi phí nữa dùng cho việc nghiên cứu tìm ra các vật liệu mới hạn chế ăn mòn hay các phương pháp bảo vệ vật liệu chống ăn mòn. Tổng chi phí này khá lớn ởcác nền kinh tếphát triển và đang phát triển. Theo sốliệu thống kê năm 2011 của Sastri [22], tổng chi phí cho vấn đềnghiên cứu và xửlý ăn mòn kim loại ởMỹnăm 1975 là 82 tỉ Đôla, năm 1995 đã lên 296 tỉ Đôla và năm 2010 là 549 tỉ Đôla. Vì vậy việc nghiên cứu về ăn mòn và bảo vệkim loại là một vấn đềrất có ý nghĩa vềkhoa học và thực tiễn. Có nhiều phương pháp bảo vệ kim loại (và thép) khỏi ăn mòn đã được thực hiện. Trong đó, sửdụng chất ức chếlà một trong những phương pháp bảo vệtruy ền thống khá hiệu quả, có thểkéo dài tuổi thọcủa các công trình lên 2- 5 lần và có tính kinh tếcao. Nhiều loại chất ức chế đã được sửdụng rộng rãi như muối nitrit, muối cromat, muối photphat, các amin hữu cơ, Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của chất ức chế đến người lao động và môi trường đã ít được quan tâm trong một thời gian dài, thực tế đã sửdụng những hóa chất rất độc hại nhưnitrit, cromat, . Hiện nay, vấn đềnày đã trởthành một trong những tiêu chí hàng đầu khi lựa chọn một chất đưa vào sửdụng, nhiều chất ức chếtruyền thống đã bịhạn chế, thậm chí cấm sửdụng do ảnh hưởng độc hại của chúng với con người và môi trường.

pdf144 trang | Chia sẻ: superlens | Lượt xem: 1602 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án 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 gốc tự nhiên, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC ******** TRƯƠNG THỊ THẢO 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 GỐC TỰ NHIÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC ******** TRƯƠNG THỊ THẢO 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 GỐC TỰ NHIÊN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số ngành: 62.44.31.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS. Lê Quốc Hùng 2. PGS.TS. Vũ Thị Thu Hà Hà Nội - 2012 Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh viện, Bộ phận Đào tạo, các phòng chức năng Viện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo, GS.TS Lê Quốc Hùng, cô giáo PGS.TS Vũ Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin được cảm ơn anh chị em tập thể Ứng dụng tin học trong nghiên cứu hóa học – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam và anh chị em trong Khoa Hóa học, trường ĐH Khoa học, ĐH Thái Nguyên đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Ăn mòn, Trung tâm Đánh giá Hư Hỏng vật liệu – Viện Khoa học Vật liệu và phòng Tổng hợp Hữu cơ – Viện Hóa học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tôi chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, học trò đã quan tâm, động viên và tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, tháng 05 năm 2012 Nghiên cứu sinh Trương Thị Thảo MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5 1.1. Tổng quan về ăn mòn kim loại 5 1.1.1. Định nghĩa ăn mòn kim loại 5 1.1.2. Phân loại ăn mòn 5 1.1.3. Khái quát về thép 8 1.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại 10 1.2.1. Thiết kế hợp lý 10 1.2.2. Lựa chọn vật liệu thích hợp 10 1.2.3. Xử lý môi trường 10 1.2.4. Tạo lớp phủ bảo vệ 11 1.2.5. Phương pháp điện hóa 11 1.3. Sử dụng các chất ức chế bảo vệ chống ăn mòn kim loại 11 1.3.1. Giới thiệu về chất ức chế chống ăn mòn kim loại 11 1.3.2. Cơ chế hoạt động của chất ức chế ăn mòn kim loại 2 1.3.3. Phân loại chất ức chế ăn mòn kim loại 14 1.3.4. Các chất ức chế ăn mòn kim loại thực tế đã được sử dụng 15 1.3.5. Chất ức chế thân thiện môi trường 19 1.3.5.1. Khái niệm 19 1.3.5.2. Tình hình nghiên cứu về chất ức chế xanh trong và ngoài nước 19 1.3.5.3. Thuận lợi và hạn chế 9 1.3.6. Giới thiệu một số cây trồng có tiềm năng dùng ức chế ăn mòn kim loại ở Thái Nguyên 30 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 36 2.1. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 36 2.1.1. Hóa chất 36 2.1.2. Dụng cụ 36 2.1.3. Thiết bị 36 2.2. Điều chế và khảo sát thành phần hóa học các chất ức chế ăn mòn kim loại 37 2.2.1. Điều chế các chất ức chế 37 2.2.1.1 Xử lý mẫu lá tươi 37 2.2.1.2. Chiết mẫu thực vật 37 2.2.1.3. Tách cao chiết chè trong nước 38 2.2.1.4. Tách caffein 39 2.2.2. Phương pháp khảo sát thành phần hóa học mẫu thực vật 39 2.2.2.1. Phương pháp sắc ký lớp mỏng 39 2.2.2.2. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân(NMR) 40 2.2.3. Thực nghiệm khảo sát thành phần hóa học các mẫu thực vật 42 2.3. Phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại 42 2.3.1 Các phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại 42 2.3.1.1 Phương pháp quan sát 42 2.3.1.2 Phương pháp tổn hao khối lượng 44 2.3.1.3 Các phương pháp điện hóa 45 2.3.2. Thực nghiệm nghiên cứu ăn mòn kim loại 50 2.3.2.1. Các loại mẫu kim loại nghiên cứu 50 2.3.2.2. Chuẩn bị mẫu kim loại 50 2.3.2.3 Chuẩn bị dung dịch 51 2.3.2.4. Thử nghiệm 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 55 3.1. Khảo sát ức chế ăn mòn thép bằng các sản phẩm chiết từ các mẫu thực vật 55 3.1.1. Chiết mẫu thực vật 55 3.1.2. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép của các cao chiết thu được 55 3.1.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ cao chiết 56 3.1.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ axit 62 3.1.2.3. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 65 3.1.3. Kết hợp một số phương pháp nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ ăn mòn thép CT38 bằng một số chất ức chế khác nhau 69 3.2. Ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit bằng các sản phẩm tách từ cao chiết chè trong nước 81 3.2.1. Tách và khảo sát thành phần hóa học cao chiết chè trong nước 81 3.2.1.1. Tách cao chiết chè trong nước W(C) 81 3.2.1.2. Khảo sát sơ bộ thành phần hóa học các cặn chiết phân đoạn từ cao chiết W(C) 82 3.2.2. Khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của các cặn chiết phân đoạn từ cao chiết chè 83 3.2.3. Khảo sát một số yếu tố trong sự ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của cặn nước tách từ cao chiết chè 87 3.2.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit và nồng độ cặn chiết 87 3.2.3.2. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 89 3.2.4. Tách caffein và khảo sát khả năng dùng caffein làm chất ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit 92 3.2.4.1. Tách và xác định cofein 92 3.2.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ cofein 94 3.2.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ 100 3.2.4.4. Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm 101 3.3. Đề xuất ban đầu cơ chế ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của các chất ức chế nghiên cứu 105 3.3.1. Cơ chế hấp phụ 105 3.3.2. Nhiệt động học quá trình hấp phụ và quá trình ăn mòn 110 3.3.3. Cơ chế ức chế ăn mòn 114 KẾT LUẬN 116 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 PHỤ LỤC 128 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa AES Phổ điện tử Auger AFM Atomic force microscopy - Kính hiển vi lực nguyên tử B Cặn n-butanol C Nồng độ chất ức chế (g/l) Cdl điện dung lớp kép CPE Nguyên tố pha D Cặn diclometan DNA Acid Deoxyribo Nucleic (ADN - tiếng pháp hay DNA - tiếng anh) DPD Phương pháp phân cực thế động E* Năng lượng hoạt hóa quá trình ăn mòn Eam Thế ăn mòn (Thế mạch hở, thế nghỉ, thế oxy hóa khử) (V) EA Cặn etylaxetat E(C) Dịch chiết chè trong etanol (cao chiết) EDS Phổ tán sắc năng lượng tia X EGCG Epigallocatechin-3-gallat EIS Đo tổng trở ∆E Năng lượng cộng hưởng từ hạt nhân FTIR Fourier transform infrared spectroscopy - Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier ∆Ghp Biến thiên thế đẳng nhiệt đảng áp quá trình hấp phụ H Cặn hexan H (%) Hiệu quả bảo vệ (%) Hz Hertz (héc)Tần số ∆H Biến thiên entanpi quá trình (hấp phụ) iam Mật độ dòng ăn mòn (mA/cm2) iđo Mật đo dòng đo được đáp ứng theo thế áp vào (mA/cm2) K Hằng số cân bằng hấp phụ LSA Viết tắt tên hóa chất - d-lysergic axitamin M Nồng độ mol/l m Khối lượng (g) M80(T) Dịch chiết thuốc lá trong dung môi methanol:nước = 8:2 NRM Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NTG N-(5,6-diphenyl-4,5-dihydro-[1,2,4]ưtriazin-3-yl)-guanidin ppm part of million - Nồng độ một phần triệu g/lít (mg/l) Qhp Nhiệt hấp phụ Rp Điện trở phân cực (Ω) RS(Rdd) Điện trở dung dịch S Diện tích (cm2) SEM Phương pháp kính hiển vi điện tử quét t Thời gian (phút, ngày) T Nhiệt độ UV Utraviolet - Tia tử ngoại hay tia cực tím v Tốc độ ăn mòn V Thể tích (l) XPS, ESCA Phổ huỳnh quang tia X W Cặn nước W(C) Dịch chiết chè trong nước WDS Phôt tán sắc bước sóng tia X WL Weight lost - tổn hao khối lượng W(T) Dịch chiết thuốc lá trong nước η Quá thế β Hằng số tafel DANH MỤC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 2.1: Danh mục các sản phẩm chiết mẫu thực vật 37 Bảng 2.2: Các mẫu kim loại nghiên cứu 50 Bảng 3.1: Tỷ lệ khối lượng cao chiết so với khối lượng mẫu thực vật khô 55 Bảng 3.2: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau 58 Bảng 3.3: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép so sánh trong môi trường HCl 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau 61 Bảng 3.4: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt cao chiết W(C) ở các nồng độ khác nhau 64 Bảng 3.5: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt W(C) và W(T)ở các nồng độ khác nhau theo thời gian 68 Bảng 3.6: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt các chất ức chế khác nhau theo thời gian (Phương pháp tổn hao khối lượng) 70 Bảng 3.7: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt các chất ức chế khác nhau theo thời gian (Phương pháp điện hóa) 73 Bảng 3.8: Hàm lượng các phân đoạn tách cao chiết W(C) 81 Bảng 3.9: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl có mặt các cặn phân đoạn tách từ cao chiết W(C) nồng độ khác nhau 85 Bảng 3.10: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl HCl có mặt cặn W tách từ cao chiết chè W(C) nồng độ khác nhau ở 25oC 88 Bảng 3.11: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có mặt cặn W nồng độ 1g/l theo thời gian ở 25oC 90 Bảng 3.12: Kết quả phân tích EDS bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 1M có và không có mặt cặn W 5g/l sau 1 giờ ở 25oC 91 Bảng 3.13: Các thông số quá trình thử nghiệm ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theo phương pháp tổn hao khối lượng 94 Bảng 3.14 Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theo 96 phương pháp điện hóa Bảng 3.15: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theo phương pháp tổng trở 98 Bảng 3.16: Kết quả phân tích EDS bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 1M có và không có mặt caffein 3g/l sau 1 giờ ở 25oC 100 Bảng 3.17: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ 3g/l ở nhiệt độ khác nhau 102 Bảng 3.18: Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ 3g/l theo thời gian (phương pháp điện hóa) 94 Bảng 3.19: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và các thông số nhiệt động quá trình hấp phụ W(C) và W lên thép CT38 trong dung dịch HCl 110 DANH MỤC HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1: Sơ đồ ăn mòn điện hoá của kim loại đặt trong dung dịch chất điện li 6 Hình 1.2: Mô hình quá trình hấp phụ 13 Hình 1.3: Liên kết giữa polysaccarit với Fe 23 Hình 1.4: Thành phần hóa học chính của dầu Fennel 23 Hình 1.5: Cấu trúc phân tử LSA 24 Hình 1.6: Cấu trúc hóa học Andrographolid - thành phần chính của dịch chiết lá Kalmegh 25 Hình 1.7: Cấu trúc hóa học NTG 27 Hình 1.8: Cấu trúc hóa học của Penicillin V Kali. 28 Hình 1.9: Cơ chế hấp phụ của Penicillin với bề mặt thép 28 Hình 1.10: Cành, lá, hoa và quả chè. 31 Hình 1.11: Các dẫn xuất catechin thường có trong lá chè xanh 29 Hình 1.12: Cafein(Cofein) 29 Hình 1.13: Cây và hoa thuốc lá. 34 Hình 2.1: Sơ đồ tách cao chiết chè trong nước 38 Hình 2.2: Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM 43 Hình 2.3: Đường phân cực E-I 46 Hình 2.4: Đường cong phân cực (E-logi)của kim loại Me trong môi trường axit 46 Hình 2.5: Áp dụng đường phân cực tuyến tính dòng thế 47 Hình 2.6: Điện trở phân cực tính từ thực nghiệm 47 Hình 2.7: Biểu diễn hình học các phần tử phức 48 Hình 2.8: Mạch tương đương trong phổ tổng trở 49 Hình 2.9: Tổng trở trên mặt phẳng phức- Giản đồ Nyquist 49 Hình 2.10: Cấu tạo điện cực làm việc 50 Hình 2.11: Mẫu thử nghiệm ăn mòn theo phương pháp tổn hao khối lượng và quan sát bề mặt vi mô 51 Hình 2.12: Ngâm mẫu thử nghiệm ăn mòn theo phương pháp tổn hao khối lượng và quan sát bề mặt vi mô 52 Hình 2.13: Hệ thống thiết bị: Máy Potentio – galvanostat CPA-HH3 53 Hình 3.1: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 ngâm 60 phút trong môi trường HCl 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau tại nhiệt độ phòng 56 Hình 3.2: Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT38 trong dung dịch HCl 1M của các cao chiết với nồng độ khác nhau 58 Hình 3.3: Đường cong phân cực dạng log của thép so sánh ngâm 60 phút trong môi trường HCl 1M có mặt các caoh chiết ở các nồng độ khác nhau tại nhiệt độ phòng 60 Hình 3.4: Hiệu quả ức chế ăn mòn thép so sánh trong dung dịch HCl 1M của các cao chiết ở nồng độ khác nhau. 61 Hình 3.5: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M có mặt W(C) ở các nồng độ khác nhau 63 Hình 3.6: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có mặt W(C) ở các nồng độ khác nhau 63 Hình 3.7: Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit HCl nồng độ khác nhau theo nồng độ cao chiết 64 Hình 3.8: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 0.01M có mặt cao chiết khác nhau theo thời gian ngâm mẫu khác nhau tại 25oC 68 Hình 3.9: Sự thay đổi tốc độ ăn mòn của thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có mặt cao chiết khác nhau theo thời gian 69 Hình 3.10: Tốc độ ăn mòn thép CT38 theo thời gian trong môi trường HCl 0,01M có mặt các chất ức chế theo phương pháp tổn hao khối lượng 71 Hình 3.11: Đường cong phân cực dạng logcủa thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M không và có mặt các chất ức chế theo thời gian ngâm tại nhiệt độ phòng 72 Hình 3.12: Đường biểu diễn tốc độ ăn mòn củathép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M theo thời gian (Phương pháp điện hóa) 74 Hình 3.13: Phổ tổng trở Nyquist của điện cựcthép CT38 trong môi trường HCl 0,01M có và không có chất ức chế theo thời gian ngâm 75 Hình 3.14: Ảnh SEM mẫu thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có các chất ức chế khác nhau sau 3 ngày ngâm ở nhiệt độ phòng 78 Hình 3.15: Ảnh SEM mẫu thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có các chất ức chế khác nhau sau 6 ngày ngâm ở nhiệt độ 79 phòng Hình 3.16: Ảnh SEM mẫu thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có các chất ức chế khác nhau sau 10 ngày ngâm ở nhiệt độ phòng 80 Hình 3.17: Ảnh chụp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C -1H cặn D 82 Hình 3.18: Sắc ký lớp mỏng các cặn EA,B và W so với chất chuẩn 83 Hình 3.19: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl có mặt các cặn chiết phân đoạn của cao chè nước ở nồng độ khác nhau 84 Hình 3.20: Tốc độ ăn mòn thép CT38 ngâm 60 phút tại 25oC trong các dung dịch HCl có mặt các chất ức chế khác nhau 86 Hình 3.21: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có mặt cặn W ở các nồng độ khác nhau 87 Hình 3.22: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M có mặt cặn W ở các nồng độ khác nhau 88 Hình 3.23: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 0.01M có mặt cặn nước ở các thời gian ngâm mẫu khác nhau. 89 Hình 3.24: Sự thay đổi điện trở phân cực thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có mặt W(C) và W 1g/l theo thời gian ngâm mẫu ở 25oC 90 Hình 3.25: Ảnh chụp bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 1M (a,b) có mặt cặn W 5g/l (c,d) sau 1giờ ngâm ở 25oC 91 Hình 3.26: Ảnh chụp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C -1H của caffein tách trực tiếp từ chè xanh 93 Hình 3.27: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M có mặt caffein ở các nồng độ khác nhau 95 Hình 3.28: Phổ tổng trở (a) và mạch tương đương (b)thép CT38 ngâm 60 phút trong dung dịch HCl 1M có mặt cafffein nồng độ khác nhau ở 25oC 97 Hình 3.29: Ảnh chụp bề mặt thép CT38 ngâm trong dung dịch HCl 1M (a,b) có mặt caffein 3g/l (c,d) sau 1giờ ngâm ở 25oC 99 Hình 3.30: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M không và có mặt caffeine 3g/l ở các nhiệt độ khác nhau 100 Hình 3.31: Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M có mặt caffein 3g/l ở các thời gian ngâm mẫu khác nhau 102 Hình 3.32: Tốc độ ăn mòn thép CT38 trong dung dịch HCl 1M có mặt caffein 3g/l ở 25oC theo thời gian thử nghiệm 103 Hình 3.33: Phổ tổng trở của thép CT38 trong dung dịch HCl 1M (a) có mặt caffein 3g/l (b) ở các thời gian ngâm mẫu khác nhau 103 Hình 3.34: Mô hình tương tác giữa chất bị hấp phụ với bề mặt kim loại 108 Hình 3.35: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của các chất ức chế khác nhau lên thép CT38 trong dung dịch HCl ở 25oC 109 Hình 3.36: Phương trình Arrhenius cho quá trinh ăn mòn của thép CT38 ngâm 60 phút trong dung dịch HCl 1M có và không có caffein 3g/l 113 1 MỞ ĐẦU Kim loại với nhiều ưu điểm nổi trội như: khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; độ bền cơ học cao, độ co ít, độ kháng kéo cao; độ bền nhiệt cao; dễ dàng chế tạo ra các thiết bị, máy móc v.v... nên đã được ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp chế tạo các thiết bị, các cấu kiện, máy móc cũng như trong đời sống hàng ngày như đồ dùng nhà bếp, một số phương tiện sinh hoạt, nguyên liệu xây dựng nhà ở hay các công trình dân dụng, Kim loại được ứng dụng rộng rãi nhất chính là thép. Vấn đề đặt ra cho các nhà sản xuất và người sử dụng vật liệu là: trong môi trường làm việc khác nhau, kim loại (thép) luôn bị ăn mòn dần một cách tự nhiên. Sự ăn mòn làm biến đổi một lượng lớn các kim loại (thép) thành sản phẩm ăn mòn, làm suy giảm các tính chất đặc trưng của kim loại, có thể dẫn đến nhiều hậu quả nặng nề đối với quá trình sản xuất và an toàn lao động, gây ra tổn thất lớn đối với nền kinh tế quốc gia. Ngoài ra, một chi phí nữa dùng cho việc nghiên cứu tìm ra các vật liệu mới hạn chế ăn mòn hay các phương pháp bảo vệ vật liệu chống ăn mòn. Tổng chi phí này khá lớn ở các nền kinh tế phát triển và đang phát triển. Theo số liệu thống kê năm 2011 của Sastri [22], tổng chi phí cho vấn đề nghiên cứu và xử lý ăn mòn kim loại ở Mỹ năm 1975 là 82 tỉ Đôla, năm 1995 đã lên 296 tỉ Đôla và năm 2010 là 549 tỉ Đôla. Vì vậy việc nghiên cứu về ăn mòn và bảo vệ kim loại là một vấn đề rất có ý nghĩa về khoa học và thực tiễn. Có nhiều phương pháp bảo vệ kim loại (và thép) khỏi ăn mòn đã được thực hiện. Trong đó, sử dụng chất ức chế là một trong những phương pháp bảo vệ truyền thống khá hiệu quả, có thể kéo dài tuổi thọ của các công trình lên 2- 5 lần và có tính kinh tế cao. Nhiều loại chất ức chế đã được sử dụng rộng rãi như muối nitrit, muối cromat, muối photphat, các amin hữu cơ, Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của chất ức chế đến người lao động và môi trường đã ít được quan tâm trong một thời gian dài, thực tế đã sử dụng những hóa chất rất độc hại như nitrit, cromat,. Hiện nay, vấn đề này đã trở thành một trong những tiêu chí hàng đầu khi lựa chọn một chất đưa vào sử dụng, nhiều chất ức chế truyền thống đã bị hạn chế, thậm chí cấm sử dụng do ảnh hưởng độc hại của chúng với con người và môi trường. 2 Một xu hướng nghiên cứu mới đối với các nhà nghiên cứu ăn mòn ở Việt Nam cũng như trên thế giới, đó là tìm kiếm các chất ức chế thân thiện môi trường. Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, trên thế giới đã công bố nhiều kết quả nghiên cứu về các chất ức chế xanh khác nhau, nhiều nhất là lấy từ cây trồng. Dịch chiết cây trồng có thành phần hữu cơ đa dạng, có khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại hạn chế ăn mòn mà lại dễ kiếm, dễ chế biến, giá thành không cao; những chất có nguồn gốc cây trồng có thể tổng hợp được dễ mà không độc hai cũng được nghiên cứu. Ngoài ra còn một số nghiên cứu sử dụng nhựa cây, mật mía, mật ong, dầu thực vật, thuốc và các hợp chất của các nguyên tố đất hiếm. Tuy nhiên, khuynh hướng này vẫn đang dừng ở giai đoạn nghiên cứu, tìm kiếm, chọn lọc, hướng đi đến áp dụng còn chưa rõ. Ở nước ta, với phân loại thực vật đa dạng, hướng nghiên cứu này còn khá mới mẻ, mới bắt đầu trong vài năm gần đây. Chính vì vậy, việc nghiên cứu các chất ức chế ăn mòn xanh thân thiện với môi trường từ các cây trồng nhiệt đới là một hướng đi quan trọng và phù hợp với nước ta. Do đó chúng tôi chọn đề tài “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
Luận văn liên quan