Tiến Sĩ Nghiên cứu tính chất điện hóa và khả năng ức chế ăn mòn thép cacbon thấp trong môi trường axit của m

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC
NĂM 2012


MỤC LỤC

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
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
1.3.6. Giới thiệu một số cây trồng có tiềm năng dùng ức chế ăn mòn kim loại ở Thái Nguyên

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

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
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
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
3.2. Ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit bằng các sản phẩm tách từ cao chiết chè trong nước
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 82
chiết W(C)
3.2.2. Khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của các 83 cặn chiết phân
đoạn từ cao chiết chè
3.2.3. Khảo sát một số yếu tố trong sự ức chế ăn mòn thép CT38 trong 87
môi trường axit của cặn nước tách từ cao chiết chè
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
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
3.3.1. Cơ chế hấp phụ
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
KẾT LUẬN 116
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO 119
PHỤ LỤC 128



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.

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 gốc tự nhiên”.

Mục đích : Tìm kiếm, nghiên cứu đặc trưng điện hóa và khả năng bảo vệ thép cacbon thấp khỏi sự ăn
mòn trong môi trường axit của các chất ức chế xanh, có nguồn gốc tự nhiên, thân thiện với môi
trường nhằm thay thế một số chất ức chế truyền thống độc hại, gây ô nhiễm môi trường.

Nội dung nghiên cứu tập trung vào các điểm sau:

- Tách, chiết lấy dịch chiết (cao chiết) một số cây trồng phổ biến ở địa phương (Thái Nguyên) như
từ cây chè và thuốc lá.
- Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép trong môi trường axit của các sản phẩm chiết thu được. Lựa
chọn sản phẩm chiết ổn định, có hiệu quả ức chế ăn mòn tốt thực hiện các nghiên cứu sâu hơn.
- Xác định thành phần hóa học của sản phẩm chiết được, tách phân đoạn
hoặc tách lấy tinh chất phục vụ nghiên cứu hiệu quả ức chế ăn mòn.