Tiến Sĩ Nghiên cứu chất ức chế xanh chiết xuất từ vỏ quả họ cam để chống ăn mòn cho thép trong môi trường ax

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Ăn mòn kim loại trong môi trường axit 4
1.2. Các yếu tố chính ảnh hưởng ăn mòn kim loại trong môi trường axit 6
1.2.1. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch 6
1.2.2. Ảnh hưởng của pH 7
1.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ 9
1.3. Các phương pháp bảo vệ kim loại trong môi trường axit 9
1.3.1. Lựa chọn vật liệu thích hợp . 9
1.3.2. Sử dụng lớp phủ bảo vệ . 11
1.3.3. Phương pháp bảo vệ anốt 11
1.3.4. Sử dụng các chất ức chế ăn mòn . 13
1.3.4.1. Giới thiệu về chất ức chế ăn mòn kim loại . 13
1.3.4.2. Phân loại chất ức chế ăn mòn 17
1.3.4.3. Lựa chọn chất ức chế . 22
1.3.4.4. Chất ức chế xanh 24
1.4. Tình hình nghiên cứu chất ức chế thiên nhiên cho kim loại trong môi
trường axit . 25
1.4.1. Các dịch chiết từ cây trồng 27
1.4.2. Chất ức chế trên cơ sở các amino axit 34
1.4.3. Chất ức chế được chiết xuất từ vỏ quả họ cam 36 1.5. Giới thiệu về các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án 40
1.5.1. Các phương pháp điện hóa 40
1.5.1.1. Phương pháp thế động 40
1.5.1.2. Phương pháp tổng trở điện hóa 43
1.5.1.3. Đo điện thế ăn mòn theo thời gian . 47
1.5.2. Phương pháp tổn hao khối lượng 47
1.5.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán xạ năng lượng
tia X (EDX) . 48
1.5.4. Phương pháp sắc ký khí khối phổ GC-MS . 50
1.5.5. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR 51
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52
2.1. Chuẩn bị vật liệu và mẫu nghiên cứu 52
2.2. Chuẩn bị chất ức chế . 52
2.2.1. Nguyên liệu và quy trình thu nhận tinh dầu vỏ quả họ cam . 52
2.2.2. Chuẩn bị tinh dầu vỏ bưởi Năm Roi (BNR) . 54
2.2.3. Chuẩn bị tinh dầu vỏ cam Bố Hạ (CBH) 55
2.2.4. Chuẩn bị tinh dầu cam (TDC) . 55
2.3. Dung dịch nghiên cứu 55
2.4. Các phương pháp nghiên cứu . 56
2.5. Điều kiện, chế độ thí nghiệm và các thông số cần xác định . 58
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 61
3.1. Khảo sát khả năng ức chế của các tinh dầu vỏ quả họ cam Việt Nam đối
với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N . 61
3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn thép trong axit
HCl 1N có TDC . 63
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ TDC . 63
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian . 70
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ 75 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit . 77
3.3. Tính toán các thông số nhiệt động học, hấp phụ và đề xuất cơ chế ức chế
của TDC đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N 82
3.3.1. Các thông số nhiệt động của quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit
có TDC 84
3.3.2. Các thông số nhiệt động của quá trình hấp phụ TDC trên bề mặt thép 87
3.3.3. Nghiên cứu sàng lọc các thành phần trong TDC hấp phụ trên bề mặt kim
loại . 92
3.3.3.1. Nghiên cứu sự hình thành màng trên bề mặt thép trong dung dịch
axit HCl 1N khi có TDC 93
3.3.3.2. Phân tích, đánh giá thành phần màng hấp phụ hình thành trên bề mặt
thép 99
3.3.4. Đề xuất cơ chế ức chế của TDC 103
3.4. Khảo sát hiệu quả ức chế của TDC khi thay đổi gốc axit và so sánh với
chất ức chế truyền thống 105
3.4.1. Ảnh hưởng của gốc axit đến khả năng ức chế ăn mòn của thép trong môi
trường axit . 105
3.4.2. Nghiên cứu so sánh khả năng ức chế ăn mòn thép bởi TDC trong axit
HCl 1N với chất ức chế truyền thống urotropin (URO) . 109
KẾT LUẬN . 113
KIẾN NGHỊ 114
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN . 115
Tài liệu tham khảo 116
MỞ ĐẦU
Dung dịch axit được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như tẩy gỉ
dùng axit, tẩy cặn, hóa chất làm sạch, chế biến và sản xuất quặng, axit hóa giếng
dầu, [115]. Thép cacbon là một trong những vật liệu quan trọng nhất được sử dụng
rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp bởi giá thành không cao và dễ chế tạo. Tuy
nhiên, trong quá trình sử dụng, thép cacbon dễ bị ăn mòn do tương tác của nó với các
dung dịch nước, đặc biệt là các dung dịch axit có nồng độ cao và ở nhiệt độ cao. Đối
với dung dịch axit, sử dụng các chất ức chế ăn mòn là một trong những phương pháp
hiệu quả nhất để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn, có thể kéo dài tuổi thọ của các công
trình từ 2 đến 5 lần. Việc sử dụng chất ức chế ăn mòn không chỉ ngăn chặn sự hòa tan
kim loại mà còn làm giảm sự tiêu hao axit nên có tính kinh tế cao [16, 19].
Các hợp chất crômát, nitrít, các hợp chất hữu cơ có chứa vòng thơm và các
nguyên tố dị vòng, . là những chất ức chế truyền thống hiệu quả đối với nhiều kim
loại và hợp kim trong các môi trường ăn mòn. Tuy nhiên, phạm vi áp dụng của các
hợp chất này ngày càng bị thu hẹp dần, có những chất đã bị cấm sử dụng do tính
độc hại có thể gây ưng thư và làm ô nhiễm môi trường của chúng [25]. Hiện nay,
các nghiên cứu trên thế giới cũng như ở Việt nam đang hướng đến các chất ức chế
xanh, chất ức chế có nguồn gốc thiên nhiên, thân thiện với môi trường có thể thay
thế các hợp chất tổng hợp độc hại [20, 31, 49, 53, 64, 71, 76, 77, 79, 103]. Một số
nghiên cứu đã khảo sát các dịch chiết từ sản phẩm phụ, các chất thải nông nghiệp để
làm các chất ức chế ăn mòn cho thép cacbon trong môi trường axit như: dịch chiết



vỏ chuối [44], dịch chiết vỏ trái cây (cam, xoài, chanh và hạt điều) [59, 92], bã cà
phê [58], vỏ và hạt từ quả đu đủ, vỏ tỏi [58, 107] và vỏ khoai tây [111]. Kết quả cho
thấy, thành phần các hợp chất hữu cơ có mặt trong dịch chiết của các sản phẩm phụ
này có khả năng ức chế ăn mòn cho kim loại trong môi trường axit.
Ở nước ta, trồng cây ăn quả, đặc biệt là quả có múi (quả citrus) như cam, bưởi,
chanh, quýt (họ Rutaceae) là một ngành sản xuất quan trọng của nền nông nghiệp.
Sản lượng quả có múi không ngừng tăng lên qua các năm. Theo Bộ Nông nghiệp và
Phát triển Nông thôn, năm 2001 sản lượng quả có múi là 451.500 tấn, năm 2003 là
497.326 tấn, năm 2005 là 606.400 tấn. Trong giai đoạn 2000-2010, hàng năm nước
ta xuất khẩu 30.000 tấn bưởi, 15.000 tấn cam tươi và 35.000 tấn nước quả đồ hộp từ
quả có múi [11]. Tuy nhiên, hiện nay quả citrus chủ yếu được sử dụng để ăn tươi
hoặc sản xuất đồ uống, chỉ một lượng nhỏ vỏ quả citrus được sử dụng để tách chiết
tinh dầu, còn phần lớn vỏ của chúng đã trở thành phế thải. Trong khi đó, vỏ quả citrus có chứa nhiều các hợp chất có ý nghĩa lớn trong chế biến thực phẩm (như làm
hương liệu sản xuất đồ uống); dùng trong công nghiệp hóa chất (làm dung môi cho
sơn công nghiệp, dung môi làm sạch trong ngành công nghiệp điện tử, chất tẩy rửa)
hay dùng để làm thuốc trong y học và đặc biệt còn ứng dụng để sản xuất nhiên liệu
[11]. Ngoài ra, theo nghiên cứu của một số nhóm tác giả và khảo sát ban đầu của
nhóm chúng tôi thì tinh dầu từ vỏ quả cam còn có tác dụng ức chế ăn mòn thép
trong môi trường axit [40, 59].
Chính vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng các dịch chiết từ vỏ quả citrus làm chất ức
chế ăn mòn kim loại là một hướng đi phù hợp với xu thế bảo vệ môi trường và phát
triển bền vững không chỉ ở nước ta mà còn cả trên thế giới. Luận án “Nghiên cứu
chất ức chế xanh chiết xuất từ vỏ quả họ cam để chống ăn mòn cho thép trong
môi trường axit” được thực hiện với mục tiêu khảo sát, đánh giá khả năng ức chế
ăn mòn, nghiên cứu cơ chế ức chế ăn mòn đối với thép trong môi trường axit bởi
các tinh dầu vỏ quả họ cam Việt Nam.


Nội dung của luận án:
- Nghiên cứu khảo sát khả năng ức chế của các dịch chiết từ vỏ quả họ cam Việt
Nam đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.
- Nghiên cứu các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn thép trong axit
HCl 1N khi có tinh dầu cam (TDC).
- Tính toán các thông số nhiệt động học, hấp phụ và đề xuất cơ chế ức chế của
TDC đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N.
- Khảo sát hiệu quả ức chế của TDC khi thay đổi gốc axit và so sánh với chất ức
chế truyền thống urotropin.