Khảo sát khả năng ức chế của một số dịch chiết được chiết xuất từ thực vật tự nhiên ở việt nam đối với quá trình ăn mòn thép trong môi trường axit

Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Điện hóa và Bảo
vệ Kim loại, Viện Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Em xin
gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS. TS. Hoàng Thị Bích Thủy, ThS. Bùi Thị
Thanh Huyền, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này, cùng lời
cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo bộ môn CN Điện hóa & BVKL đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình làm đồ án.
Tuy nhiên, do thời gian hạn chế và sự thiếu kinh nghiệm trong chuyên môn
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu. Rất mong
nhận được sự nhận xét và góp ý của các thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2011
Sinh viên
Lý Ngọc Tài
Đồ án tốt nghiệp 1 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
MỤC LỤC
Lý Ngọc Tài 1
MỤC LỤC 2
LỜI MỞ ĐẦU 6
PHẦN 1: TỔNG QUAN 7
1.1. Ăn mòn kim loại trong môi trường nước 7
1.1.1. Cơ chế ăn mòn 7
1.1.2. Những yếu tố bên trong ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa 7
1.1.2.1. Độ bền vững nhiệt động 7
1.1.2.2. Thành phần và cấu trúc hợp kim 9
1.1.3. Những yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa (Tác động của
môi trường) 9
1.1.3.1. Ảnh hưởng của pH 9
1.1.3.2. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch 11

1.1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ oxy 13
1.1.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ 14
1.1.3.5. Ảnh hưởng của CO2 15
1.1.3.6. Ảnh hưởng của H2S 15
1.1.3.7. Ảnh hưởng của gia công nhiệt 15
1.1.3.8. Ảnh hưởng của gradient nhiệt độ 15
1.1.3.9. Ảnh hưởng của sự lắp ráp thiết bị 16
1.2. Các biện pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường nước 16
1.2.1. Bảo vệ kim loại bằng cách biến đổi môi trường 16
1.2.1.1. Loại trừ các cấu tử gây ăn mòn 16
1.2.1.2. Bảo vệ kim loại bằng các chất ức chế ăn mòn 17
1.2.2. Bảo vệ kim loại bằng cách thay đổi điện thế điện cực 18
1.2.3. Bảo vệ kim loại bằng các lớp phủ 19
Đồ án tốt nghiệp 2 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
1.2.3.1. Lớp phủ kim loại 19
1.2.3.2. Lớp phủ phi kim 19
1.3. Bảo vệ kim loại bằng chất ức chế 20
1.3.1. Chất ức chế thụ động 21
1.3.2. Chất ức chế không thụ động 22
1.3.2.1.Chất ức chế catốt [1] 22
1.3.2.2. Chất ức chế anốt 23
1.3.2.3. Chất ức chế hỗn hợp [1] 24
1.3.3. Chất ức chế xanh 24
PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 27
2.1. Chiết tách dịch chiết có hoạt tính ức chế từ vỏ bưởi, vỏ cam 27
2.1.1. Nguyên liệu 27
2.1.2. Nguyên tắc chưng cất 27
2.1.3. Hiệu suất chiết tách 28
2.2. Chuẩn bị thí nghiệm 29

2.2.1. Chuẩn bị dung dịch 29
2.2.2. Chuẩn bị mẫu 30
2.3. Chế độ thí nghiệm 30
2.4. Thông số đo và phương pháp đo 31
2.4.1. Phương pháp đo đường cong phân cực 31
2.4.2. Phương pháp tổng trở 33
2.4.3. Phương pháp khối lượng 37
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Nghiên cứu khả năng ức chế của Urotropin đối với quá trình ăn mòn thép
trong môi trường axit HCl 1N 38
3.1.1. Ảnh hưởng của Urotropin đến đường cong phân cực của thép trong môi
trường axit HCl 1N 38
Đồ án tốt nghiệp 3 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
3.1.2. Ảnh hưởng của Urotropin đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong dung
dịch nghiên cứu 40
3.1.3. Ảnh hưởng của chất ức chế Urotropin đến tốc độ ăn mòn thép trong môi
trường axit HCl 1N 42
3.2. Nghiên cứu khả năng ức chế của dịch chiết vỏ bưởi Năm roi đối với quá
trình ăn mòn thép trong môi trường axit HCl 1N 43
3.2.1. Chiết tách dịch chiết từ vỏ bưởi Năm Roi (VBNR) 44
3.2.2. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ bưởi Năm roi đến đường cong phân cực
của thép trong môi trường axit HCl 1N 44
3.2.3. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ bưởi Năm Roi đến phổ tổng trở điện hóa
của thép trong dung dịch nghiên cứu 46
3.3. Nghiên cứu khả năng ức chế của dịch chiết vỏ cam đối với quá trình ăn mòn
thép trong môi trường axit HCl 1N 48
3.3.1. Chiết tách dịch chiết từ vỏ cam 48
3.3.2. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ cam đến đường cong phân cực của thép
trong môi trường axit HCl 1N 49

3.3.3. Ảnh hưởng của dịch chiết vỏ cam đến phổ tổng trở điện hóa của thép
trong dung dịch nghiên cứu 51
3.4.Nghiên cứu khả năng ức chế của tinh dầu cam đối với quá trình ăn mòn thép
trong môi trường axit HCl 1N 52
3.4.1. Ảnh hưởng của tinh dầu cam đến đường cong phân cực của thép trong
môi trường axit HCl 1N 52
3.4.2. Ảnh hưởng của tinh dầu cam đến phổ tổng trở điện hóa của thép trong
dung dịch nghiên cứu 54
3.5. Nghiên cứu khả năng ức chế của tinh dầu tiêu đen đối với quá trình ăn mòn
thép trong môi trương axit HCl 1N 55
Đồ án tốt nghiệp 4 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
3.5.1. Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến đường cong phân cực của thép
trong môi trường axit HCl 1N 55
3.5.2. Ảnh hưởng của tinh dầu tiêu đen đến phổ tổng trở điện hóa của thép
trong dung dịch nghiên cứu 57
KẾT LUẬN 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
Đồ án tốt nghiệp 5 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
LỜI MỞ ĐẦU
Ăn mòn kim loại là quá trình tự phá hủy kim loại có kèm theo sự thay đổi
tính chất hóa lý của kim loại khi kim loại tiếp xúc với môi trường xung quanh.
Thống kê hàng năm cho thấy thiệt hại kinh tế do ăn mòn trên thế giới là vô cùng
lớn và có xu hướng tăng. Thiệt hại do ăn mòn không chỉ giới hạn trong vấn đề kinh
tế mà còn liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường, vấn đề an toàn cháy nổ, an
toàn tính mạng con người… như các sự cố rò rỉ tràn dầu, tai nạn sập dàn khoan, rơi
máy bay do ăn mòn…
Có rất nhiều phương pháp được sử dụng để chống ăn mòn kim loại như: sử
dụng lớp phủ kim loại hay phi kim, sử dụng hợp kim bền ăn mòn, bảo vệ kim loại

bằng anốt hy sinh hoặc bằng dòng ngoài, bảo vệ bằng chất ức chế, … trong đó bảo
vệ kim loại bằng chất ức chế được sử dụng rất phổ biến. Phương pháp này thường
được ứng dụng bảo vệ thiết bị trong các môi trường hữu hạn hay trong các môi
trường dung dịch tuần hoàn như quá trình tẩy gỉ trong gia công xử lý bề mặt kim
loại, tẩy cặn nồi hơi, trong các hệ thống trao đổi nhiệt….
Cho tới hiện nay, những chất ức chế thường được sử dụng là các hợp chất
CrO
4
2-
, hợp chất nitrit, photphat, benzoat, thioure, pyridin….Chúng có tác dụng ức
chế tốt, hiệu quả kinh tế cao, tuy nhiên khó phân hủy, rất độc hại đối với con người
và môi trường…. Phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường đang là những vấn đề
chung của toàn nhân loại, vì vậy vấn đề thu hút sự quan tâm lớn của các nhà nghiên
cứu trên thế giới cũng như ở Việt Nam là tìm ra các chất ức chế thân thiện với môi
trường và hiệu quả tốt. Một số chất ức chế có thể kể đến là các muối đất hiếm như
LaCl
3
, CeCl
3
…, các chất ức chế xanh được chiết xuất từ thực vật tự nhiên như chè
xanh, vỏ cam, tiêu đen, xoài, chanh leo… để bảo vệ kim loại trong các môi trường.
Đồ án tốt nghiệp 6 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Nhiệm vụ của đồ án là: “Khảo sát khả năng ức chế của một số dịch chiết
được chiết xuất từ thực vật tự nhiên ở Việt Nam đối với quá trình ăn mòn thép
trong môi trường axit”.
PHẦN 1: TỔNG QUAN
1.1. Ăn mòn kim loại trong môi trường nước
1.1.1. Cơ chế ăn mòn
Ăn mòn trong môi trường nước là quá trình ăn mòn điện hóa.

Cơ chế ăn mòn đối với thép:
- Phản ứng anốt: là quá trình oxy hóa kim loại
Fe Fe
2+
+ 2e
- Phản ứng catốt: là quá trình khử điện hóa
Trong môi trường nước chất oxy hóa (Ox) thường là H
+
hoặc O
2
.
Nếu là H
+
thì quá trình catốt sẽ là:
H
+
+ e H
hấp phụ
H
hấp phụ
+ H
hấp phụ
H
2
Trong trường hợp này ta gọi là sự ăn mòn với chất khử phân cực hydro.
Nếu Ox là O
2
thì:
Trong môi trường axit, quá trình catốt sẽ là:
O

2
+ 4H
+
+ 4e 2H
2
O
Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, quá trình catốt sẽ là:
O
2
+ 2H
2
O + 4e 4
1.1.2. Những yếu tố bên trong ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa
1.1.2.1. Độ bền vững nhiệt động
Đồ án tốt nghiệp 7 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Độ bền vững nhiệt động được xác định bằng điện thế cân bằng E
cb, catốt
của
quá trình catốt và E
cb, anốt
của quá trình anốt.
Các phản ứng catốt có thể là:
2H
+
+ 2e  H
2
O + 4H
+
+ 4e  2H

2
O
hoặc O
2
+ H
2
O + 4e  4
Căn cứ vào điện thế thuận nghịch của điện cực hydro và oxy trong môi
trường trung tính (pH = 7) và pH = 1 lần lượt là -0,415V; 0,00V; 0,815V; 1,23V,
Tomasov N.D. chia kim loại thành 5 nhóm [1]:
- Những kim loại có điện thế cực tiêu chuẩn âm hơn -0,415 V được coi là
không bền vững nhiệt động. Đó là các kim loại Na, Al, Zn… chúng bị ăn mòn thậm
chí ngay cả trong môi trường nước trung tính không chứa oxy và chất oxy hóa.
- Những kim loại có - 0,415 < < 0,00V được coi là kém bền nhiệt
động. Đó là các kim loại Cd, Mn, Ni, Sn, Pb… chúng bền trong môi trường trung
tính không chứa oxy. Còn trong môi trường axit, chúng bị ăn mòn ngay cả khi
không chứa oxy.
- Những kim loại có 0,00 < < 0,815V được coi là có độ bền nhiệt
động trung bình. Đó là Bi, Re, Cu, Rh, Ag chúng bền trong môi trường axit và
trung tính không chứa oxy và chất oxy hóa.
- Những kim loại có 0,815 < < 1,23V được coi là rất bền nhiệt
động. Đó là Pd, Ir, Pt. Chúng không bị ăn mòn trong môi trường trung tính thậm
chí có mặt oxy.
Đồ án tốt nghiệp 8 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
- Những kim loại có > 1,23V (ví dụ Au). Chúng bền trong môi
trường axit có oxy và chỉ bị ăn mòn trong môi trường phức chất có chất oxy hóa.
1.1.2.2. Thành phần và cấu trúc hợp kim
Trong công nghiệp ít khi dùng kim loại nguyên chất mà thường dùng hợp
kim của chúng. Độ bền với ăn mòn của kim loại và hợp kim thường giảm xuống

khi chúng chuyển từ trạng thái đồng thể sang dị thể. Một loại dị thể thường gặp là
tạp chất catốt nằm trong nền anốt (tạp chất catốt có điện thế dương hơn của nền).
Trong hai trường hợp trên và trong đa số các trường hợp thì các tạp chất catốt làm
tăng nhanh sự ăn mòn.
Những tạp chất anốt có điện thế âm hơn của kim loại nền thì hoặc là không
ảnh hưởng lớn đến độ bền ăn mòn hoặc gây ra ăn mòn cục bộ.
Trong trường hợp kim loại đồng thể thì độ bền ăn mòn tăng lên đột ngột khi
tăng thành phần của cấu tử có điện thế dương hơn. Đó là quy luật n/8 của Tamman,
trong đó n là số nguyên tử của nguyên tố bền ăn mòn. Giá trị của n phụ thuộc hệ
thống dung dịch rắn và độ xâm thực của dung dịch. Nó có thể có các giá trị 1, 2, 3,
4, 5, 6, 7 trong 8 nguyên tử của hợp kim.
Ví dụ, hợp kim Fe – Cr với tỷ lệ nguyên tử Cr là 1/8 (tức là khoảng 11,7%
Cr) ứng với hợp kim có 1 nguyên tử Cr và 7 nguyên tử Fe thì bền ăn mòn trong axit
HNO
3
với bất kì nồng độ nào ở 25
0
C [1].
1.1.3. Những yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến ăn mòn điện hóa (Tác động của
môi trường)
1.1.3.1. Ảnh hưởng của pH
a. Ảnh hưởng trực tiếp của pH
Điện thế của các phản ứng khử oxy và ion H
+
phụ thuộc pH của dung dịch.
Phản ứng khử:
2H
+
+ 2e H
2

Đồ án tốt nghiệp 9 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
có điện thế cân bằng = -0,059pH – 0,03.lg
Khi áp suất khí quyển = 1atm thì = -0,059pH
Các phản ứng:
O
2
+ 4 + 4e H
2
O
O
2
+ 2H
2
O + 4e 4
có điện thế cân bằng giống nhau:
= 1,23 – 0,059pH + 0,015.lg
Khi áp suất khí oxy = 1atm thì = 1,23 – 0,059pH
Vì vậy khi pH thay đổi sẽ làm thay đổi tốc độ ăn mòn vì độ bền nhiệt động
với ăn mòn của kim loại thay đổi.
b. Ảnh hưởng gián tiếp
A. Ia. Satalov chia kim loại thành năm nhóm theo quan hệ giữa tốc độ ăn
mòn và pH [1].
Nhóm a: gồm những kim loại bền trong môi trường axit và kiềm. Tốc độ ăn
mòn không thay đổi theo pH (hình 1.1a). Au, Pt, Ag thuộc nhóm này.
Đồ án tốt nghiệp 10 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
a) b)
c) d) e)
Hình 1.1: Các dạng phụ thuộc tốc độ ăn mòn vào pH

Nhóm b: gồm những kim loại không bền trong môi trường axit, không đủ
bền trong môi trường trung tính, nhưng bền trong môi trường kiềm mạnh (pH
12). Đó là những kim loại Mg, Mn, và Fe (hình 1.1b). Các kim loại bền trên vì
chúng tạo thành các hydroxit không hòa tan trong môi trường kiềm, trừ sắt hyroxit
ở pH> 14 bị hòa tan thành ion ferrat.
Nhóm c: gồm những kim loại không bền trong môi trường axit, nhưng bền
trong môi trường trung tính và kiềm. Co, Ni, Cd thuộc nhóm này. Màng oxit của
các kim loại này có tính bảo vệ cao (hình 1.1c).
Nhóm d: gồm những kim loại bền trong axit nhưng không bền trong môi
trường kiềm như tantan (Ta), Mo, W. Các màng hydroxit của các kim loại trên bị
hòa tan trong môi trường kiềm (hình 1.1d).
Nhóm e: gồm những kim loại chỉ bền trong môi trường trung tính như Al,
Zn, Sn, Pb. Những kim loại này tạo các hyroxit lưỡng tính hòa tan tốt trong môi
trường axit và kiềm (hình 1.1e).
1.1.3.2. Ảnh hưởng của thành phần dung dịch
Đồ án tốt nghiệp 11 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Nói chung đặc điểm của quá trình ăn mòn phụ thuộc chủ yếu vào các thành
phần anion của dung dịch. Tuy nhiên trong một số trường hợp các cation cũng có
vai trò nhất định. Ta chia các ion trong dung dịch ăn mòn làm hai loại: chất kích
hoạt và ức chế ăn mòn.
Các anion – kích hoạt thường có tác dụng kép. Một mặt nó phá hủy trạng
thái thụ động của kim loại hoặc ngăn cản sự hình thành trạng thái này. Đó là các
anion , , . Cơ chế tác dụng của các anion này là phá hủy màng pha oxit
hoặc hấp phụ lên bề mặt kim loại đẩy oxy hấp phụ ra khỏi bề mặt chúng.
Mặt khác nó có thể tạo điều kiện cho sự ion hóa kim loại xảy ra một cách dễ
dàng bằng cách tạo phức với các ion kim loại. Do đó hoạt độ ion kim loại ở sát bề
mặt giảm xuống, phân cực anốt giảm.
Các cation – kích hoạt là các ion kim loại có hóa trị thay đổi. Ví dụ, các ion
, , , . Các ion hóa trị cao của sắt và đồng sẽ tham gia quá trình

catốt nhận điện tử:
+ e
Còn các ion hóa trị thấp của chúng có thể tác dụng với oxy.
4 + O
2
+ 4 4 + 2H
2
O
Vì độ hòa tan của các ion kim loại lớn hơn của oxy, nên chúng có thể làm
tăng nhanh đáng kể quá trình catốt.
Các anion - ức chế tác dụng rất khác nhau đến quá trình ăn mòn.
Đồ án tốt nghiệp 12 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Một mặt các anion – chất oxy hóa có thể chuyển kim loại vào trạng thái thụ
động, do đó làm chậm quá trình anốt. Đó là các chất như , , ,
. Chúng có thể làm chậm ăn mòn thép, hợp kim nhôm và hợp kim magie.
Mặt khác một số anion có thể tác dụng với ion kim loại thành các hợp chất
khó tan. Chúng tạo trên bề mặt kim loại một màng cản trở quá trình ion hóa kim
loại và ngăn cản các chất khử phân cực (ví dụ, oxy) đến bề mặt kim loại.
Các cation - ức chế tạo thành hydroxit khó tan với ion hydroxyl là sản phẩm
của quá trình catốt. Các cation là các ion sắt, magie, canxi, coban, thiếc, kẽm,
mangan và crom. Đặc biệt là sự ăn mòn sắt có thể bị kìm hãm khi có mặt ion kẽm,
canxi, mangan. Trường hợp trong dung dịch ăn mòn có những muối mà các ion của
chúng không có tính hoạt hóa hay ức chế thì nồng độ của các muối đó cũng ảnh
hưởng đến sự ăn mòn.
Nồng độ muối tăng lên, đầu tiên tốc độ ăn mòn tăng lên, sau đó giảm xuống.
Ta giải thích là đầu tiên độ dẫn điện của môi trường ăn mòn tăng lên khi tăng nồng
độ muối, nhưng nồng độ muối tăng lên tiếp thì độ hòa tan oxy giảm xuống do đó
tốc độ ăn mòn giảm xuống.
1.1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ oxy

Quá trình catốt trong ăn mòn nhiều khi là quá trình khử oxy:
O
2
+ 2H
2
O + 4e 4
Vì vậy tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch.
Khi tăng nồng độ oxy hòa tan thì tốc độ ăn mòn tăng do tăng mật độ dòng giới hạn:
= - 4F
D – hệ số khuếch tán;
Đồ án tốt nghiệp 13 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
– chiều dày lớp khuếch tán
– nồng độ oxy hòa tan trong dung dịch
Tuy nhiên khi nồng độ oxy vượt quá một giới hạn nào đó thì kim loại hoặc
hợp kim lại bị thụ động. Ví dụ, hợp kim Fe – Cr sẽ bị thụ động khi 0,7ml/l
dung dịch.
1.1.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Trong trường hợp quá trình catốt là:
2H
+
+ 2e H
2
thì tốc độ ăn mòn tăng lên theo nhiệt độ vì quá thế hydro giảm.
Khi quá trình catốt là sự khử oxy:
O
2
+ 2H
2
O + 4e 4

thì có hai trường hợp sẽ xảy ra:
Hình 1.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ăn mòn
- Nếu là hệ thống kín, oxy không bị mất mát khi tăng nhiệt độ thì tốc độ ăn
mòn tăng lên do tăng khuếch tán oxy (hình 1.2).
Đồ án tốt nghiệp 14 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
- Nếu hệ thống hở để thoát oxy ra ngoài thì tốc độ ăn mòn tăng đến 80
0
C, sau
đó giảm xuống và tốc độ ăn mòn sẽ rất nhỏ ở nhiệt độ sôi của dung dịch [1].
1.1.3.5. Ảnh hưởng của CO
2

Ảnh hưởng của CO
2
đến quá trình ăn mòn chỉ bằng một phần mười của oxy.
Trong nước tự nhiên, CO
2
chỉ có tác dụng làm kết tủa cacbonat như CaCO
3
.
Trường hợp khi nước luôn được tiếp xúc trực tiếp với khí CO
2
(trong một số thiết
bị hơi nước hoặc trong một số thiết bị hóa chất) thì CO
2
có thể bị hòa tan và tạo
thành môi trường axit yếu H
2
CO

3
. Ở 20
0
C, độ hòa tan của CO
2
trong nước là
900ml/l có thể làm giảm độ pH của nước xuống tới 6. Trong điều kiện này thép
cacbon bị ăn mòn khá mạnh [2].
1.1.3.6. Ảnh hưởng của H
2
S
Khi không có mặt oxy hòa tan, H
2
S có thể ăn mòn thép và gang. Do tồn tại
của H
2
S gắn liền với hoạt động của vi khuẩn hiếm khí. Hoạt động của vi khuẩn
hiếm khí tạo thành FeS và các cặp pin ăn mòn do chênh lệch nồng độ oxy. Khi
nồng độ H
2
S nhỏ hơn 1,5ppm thì tốc độ ăn mòn không đáng kể [2].
1.1.3.7. Ảnh hưởng của gia công nhiệt
Sự gia công nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ ăn mòn. Ví dụ, hợp kim
Cr18Ni10 được nung đến nhiệt độ cao, rồi làm nguồi từ từ thì cacbon sẽ kết tủa ở
biên giới giữa các hạt dưới dạng crom cacbua Cr
23
C
6
vì Cr và C ở trạng thái rắn có
đủ thời gian để khuếch tán. Một vùng nghèo Crom sẽ hình thành ở gần biên giới hạt

các hạt, do đó vùng biên giới hạt sẽ bị ăn mòn.
1.1.3.8. Ảnh hưởng của gradient nhiệt độ
Gradient nhiệt độ trên một thanh kim loại sẽ gây nên một gradient điện thế
giữa phần nóng và phần lạnh của nó. Theo định luật Nernst:
E = E
0
+ [RT/nF].ln (a
ox
/a
red
)
trong đó:
E
0
– điện thế điện cực tiêu chuẩn,
Đồ án tốt nghiệp 15 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
a
ox
, a
red
– hoạt độ của dạng oxy hóa và khử.
thì vùng lạnh sẽ có điện thế âm hơn và sẽ là anốt so với vùng nóng. Do đó vùng
lạnh sẽ bị ăn mòn.
1.1.3.9. Ảnh hưởng của sự lắp ráp thiết bị
Lắp ráp thiết bị không đúng quy cách cũng sẽ gây ăn mòn. Cần tránh những
vấn đề sau:
- Tránh tạo thành các cặp pin galvanic giữa các kim loại khác nhau. Khi cần
phải ghép các kim loại có điện thế điện cực khác nhau chúng ta phải có cách điện
giữa chúng.

- Tránh tạo thành khe hở giữa các mối lắp ghép để tránh ăn mòn khe. Nếu có
khe hở thì bịt bằng ma tít kỵ nước hoặc mối hàn.
- Tránh gây đọng nước, bùn gây nên thông khí không đều.
- Tránh đổi chiều chuyển động chất lỏng đột ngột, van quá nhỏ hay bất
thường vì chúng sẽ tạo nên những vùng chảy xoáy tạo điều kiện xảy ra sự ăn mòn –
mài mòn.
1.2. Các biện pháp bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn trong môi trường nước
1.2.1. Bảo vệ kim loại bằng cách biến đổi môi trường
1.2.1.1. Loại trừ các cấu tử gây ăn mòn
Phần lớn các kim loại dùng để chế tạo máy móc và thiết bị đều bền trong môi
trường trung tính không chứa oxy. Ta có thể trung hòa dung dịch một cách dễ dàng,
nhưng rất khó loại trừ oxy. Độ hòa tan của oxy trong môi trường nước phụ thuộc
vào nhiệt độ, áp suất riêng phần của oxy và nồng độ muối trong dung dịch.
Loại trừ oxy có thể theo các cách sau:
a) Loại oxy bằng các phản ứng hóa học:
•
O
2
+ 2Na
2
SO
3
2Na
2
SO
4
Đồ án tốt nghiệp 16 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Ở nhiệt độ thường tốc độ của phản ứng trên chậm. Ta có thể dùng chất xúc
tác để tăng tốc độ (ví dụ, thêm 0,001ppm ion Co

2+
).
•
N
2
H
4
+ O
2
2H
2
O + N
2
Ở nhiệt độ cao N
2
H
4
sẽ bị phân hủy:
3N
2
H
4
N
2
+ 4NH
3
Sử dụng N
2
H
4

loại trừ được nguy cơ tạo muối, tuy nhiên N
2
H
4
và NH
3
gây ăn
mòn đồng và hợp kim của nó. Thừa sunfit cũng gây ăn mòn thép.
b) Loại trừ oxy bằng phương pháp vật lí.
Phương pháp này bao gồm:
•
Đun nóng dung dịch cho oxy bay ra.
•
Xử lý nước trong chân không có thể giảm nồng độ oxy xuống
còn 0,005ppm.
Những phương pháp này để loại trừ oxy trong nồi hơi.
c) Loại trừ các cấu tử gây ăn mòn khác
Ngoài oxy, khí cacbonic cũng gây ra ăn mòn do làm giảm pH bởi phản ứng:
CO
2
+ H
2
O H
2
CO
3
+
Các amin R - NH
2
thường dùng để trung hòa axit nhờ phản ứng thủy phân

sinh ra : R – NH
2
+ H
2
O +
1.2.1.2. Bảo vệ kim loại bằng các chất ức chế ăn mòn
Chất ức chế ăn mòn là những chất mà ta thêm vào môi trường một lượng rất
nhỏ nhưng kìm hãm đáng kể tốc độ ăn mòn.
Có 3 loại chất ức chế chủ yếu:
- Chất ức chế catốt
- Chất ức chế anốt
Đồ án tốt nghiệp 17 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
- Chất ức chế hỗn hợp.
Ta sẽ đi sâu vào vấn đề này ở mục 1.3.
1.2.2. Bảo vệ kim loại bằng cách thay đổi điện thế điện cực
Phương pháp này chỉ được dùng để bảo vệ kim loại nhúng trong môi trường
có độ dẫn điện ion, ví dụ trong dung dịch hoặc dưới đất.
Nếu điện thế của kim loại được dịch chuyển về phía âm hơn thì ta nói kim
loại được bảo vệ catốt. Nếu điện thế của kim loại được dịch chuyển về phía dương
hơn thì nó được bảo vệ anốt.
- Bảo vệ bằng dòng điện ngoài
Thiết bị cần bảo vệ được nối với cực âm của nguồn điện một chiều, còn điện
cực phụ (anốt) nối với cực dương.
- Bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh (protector)
Kim loại cần bảo vệ nối với kim loại khác có điện thế âm hơn.
Trong trường hợp này thì thiết bị kim loại được bảo vệ còn protector bị hòa tan. Nó
đã hy sinh để bảo vệ thiết bị nên có tên là anốt hy sinh.
Bảo vệ catốt bằng anốt hy sinh được sử dụng chủ yếu là bảo vệ các công
trình bằng thép cacbon trong môi trường tự nhiên (nước, cát, đất). Để bảo vệ catốt

thì anốt hy sinh phải có điện thế âm hơn kim loại cần được bảo vệ.
Li, Na, K có điện thế âm nhất nhưng bị ăn mòn cực nhanh trong môi trường
nước. Chỉ còn Mg, Al và Zn là có thể dùng được và được làm nền để chế tạo ba
loại anốt hy sinh.
- Bảo vệ anốt kim loại có khả năng bị thụ động
Phương pháp này chỉ dùng cho kim loại có khả năng bị thụ động.
Trong bảo vệ anốt thì thiết bị cần bảo vệ sẽ là anốt trong mạch điện hóa và
catốt sẽ là thép mềm, thép không gỉ, grafit. Điện thế anốt được duy trì trong vùng
thụ động bằng potentiostat và điện cực so sánh thích hợp.
Đồ án tốt nghiệp 18 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Ưu điểm quan trọng của bảo vệ anốt là dùng được trong các môi trường ăn
mòn cực mạnh và mật độ dòng bảo vệ nhỏ.
1.2.3. Bảo vệ kim loại bằng các lớp phủ
1.2.3.1. Lớp phủ kim loại
Để bảo vệ kim loại khỏi tác động ăn mòn của môi trường, người ta có thể sử
dụng phương pháp phủ một lớp kim loại khác lên bề mặt kim loại nền.
Lớp phủ kim loại được chia thành lớp phủ catốt và lớp phủ anốt.
- Lớp phủ catốt: Là lớp phủ kim loại có điện thế dương hơn kim loại cần bảo
vệ, ví dụ các lớp phủ đồng, niken, bạc lên nền sắt. Yêu cầu đối với lớp phủ catốt là
phải đặc sít, không có lỗ xốp để ngăn cản tốt nhất kim loại cần bảo vệ với môi
trường. Nếu có lỗ xốp thì kim loại nền có điện thế âm hơn sẽ là anốt và bị ăn mòn.
- Lớp phủ anốt: Là lớp phủ kim loại có điện thế âm hơn so với kim loại nền,
chẳng hạn lớp phủ kẽm trên nền thép. Lớp phủ này có tác dụng che phủ, còn hoạt
động như anốt hy sinh để bảo vệ cho kim loại nền. Do đó lớp phủ anốt không đòi
hỏi sự kín khít mà đòi hỏi có độ dày thích hợp, và tác dụng bảo vệ phụ thuộc vào
chiều dày lớp phủ.
1.2.3.2. Lớp phủ phi kim
- Lớp phủ oxyt, phosphat và cromat
Phần lớn kim loại đều bị oxy hóa trong không khí tạo thành các lớp oxit bề

mặt. Tuy nhiên các lớp oxit đó rất mỏng không đủ sức bảo vệ kim loại khỏi bị ăn
mòn, trong khi đó các màng oxit tạo ra bằng phương pháp điện hóa thì lại rất bền
với ăn mòn so với kim loại nền. Một số cách tạo màng: oxy hóa anốt nhôm,
phosphat hóa và cromat hóa.
- Lớp phủ sơn và vecni
Đồ án tốt nghiệp 19 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Sơn và vecni là những sản phẩm lỏng ta quét hoặc phun lên vật liệu kim loại
(hoặc phi kim) để trang sức, bảo vệ hoặc đem lại các tính chất đặc biệt khác như
cách điện, trừ nấm mốc…
Các lớp phủ đó gọi là màng sơn và thường gồm nhiều lớp như lớp ban đầu,
lớp hoàn thiện, lớp tăng cường, lớp trung gian. Sự khác nhau căn bản giữa sơn và
vecni là sơn có chứa gốc sắc tố còn vecni thì không.
Vecni thường bám dính tốt, cứng, nhẵn, bong, trong mờ.
Ưu điểm của các lớp sơn là dễ phủ, rẻ, dễ khôi phục chỗ bị hỏng, có thể kết
hợp với các phương pháp bảo vệ khác (anốt hy sinh, phosphate hóa…).
Khuyết điểm của lớp sơn là không chịu được nhiệt độ cao quá 200
0
C, độ bền
cơ kém, kém bền trong môi trường nước [1].
1.3. Bảo vệ kim loại bằng chất ức chế
Chất ức chế là chất khi cho vào môi trường ăn mòn với một lượng rất nhỏ
nhưng có tác dụng làm chậm ăn mòn hay làm giảm tốc độ ăn mòn. Trong các quá
trình ăn mòn kim loại là: quá trình anốt, quá trình catốt, và quá trình dẫn điện, việc
dùng chất ức chế ăn mòn nhằm tác động vào các quá trình này để kìm chế chúng.
Khi bị kìm chế, độ phân cực tăng lên, đường cong phân cực trở nên dốc hơn, do đó
tốc độ ăn mòn giảm đi.
Tác dụng kìm hãm tốc độ ăn mòn do một số nguyên nhân sau:
- Do các chất oxy hóa được đưa vào làm đẩy nhanh quá trình oxy hóa kim loại,
giúp cho thụ động xảy ra sớm hơn.

- Do tạo thành các hợp chất không tan trên bề mặt kim loại kể cả catốt hay anốt.
- Do hấp phụ thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt kim loại ngăn cản sự tiếp xúc
của kim loại với môi trường ăn mòn.
- Phản ứng với dung dịch làm mất đi tác nhân ăn mòn.
Có hai loại chất ức chế chủ yếu:
- Ức chế gây thụ động
Đồ án tốt nghiệp 20 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
- Ức chế hấp phụ
1.3.1. Chất ức chế thụ động
Chất ức chế gây thụ động làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại do môi trường ăn
mòn gây ra và phải đáp ứng các yêu cầu sau:
Khi có mặt chất ức chế trong môi trường ăn mòn, giá trị thế oxi hoá khử
E
redox
của hệ chất ức chế phải dương hơn thế thụ động E
p
(hình 1.3).
E
redox
> E
P

Giá trị mật độ dòng catốt của hệ ức chế redox i
C(redox)
tại thế tới hạn E
crit
phải
lớn hơn mật độ dòng tới hạn i
crit

(đường 1 trên hình 1.3)
i
C(redox)
> i
crit
và i
ăm
<< i
crit
< i
C(redox)

Hình 1.3: Đường phân cực anốt xuất hiện thụ động [3].
1.Chất ức chế có nồng độ gây thụ động.
2. Chất ức chế có nồng độ chưa đủ gây thụ động.
Nếu chất ức chế có nồng độ chưa đủ để kìm hãm tốc độ ăn mòn kim loại
(đường 2 trên hình 1.3) thì kim loại vẫn bị ăn mòn.
Các chất ức chế thụ động còn gọi là chất ức chế nguy hiểm vì nếu dùng với
nồng độ không đủ, hoặc nồng độ giảm xuống dưới một giới hạn thì điện thế ăn mòn
Đồ án tốt nghiệp 21 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
sẽ nằm ở vùng hoạt động, làm tăng tốc độ ăn mòn, hay ở vùng chuyển tiếp hoạt
động – thụ động gây ăn mòn lỗ. Khả năng thụ động gây ra bởi chất ức chế ăn mòn
sẽ giảm ở nhiệt độ cao, nồng độ muối cao, pH thấp và hàm lượng oxy hòa tan thấp.
Đối với chất ức chế thụ động như CrO
4
2-
và NO
2
-

thì nồng độ tới hạn của
chúng vào khoảng 10
-3
đến 10
-4
kmol/m
3
. Tăng nồng độ ion Cl
-
hoặc tăng nhiệt độ
thì sẽ làm tăng mật độ dòng tới hạn và thụ động tăng do đó nồng độ tới hạn của
chất ức chế gây thụ động phải tăng lên.
Một vài chất có tác dụng gián tiếp như một chất ức chế thụ động, song tác
dụng đó chỉ thể hiện khi kết hợp với oxy có mặt trong dung dịch, các chất đó thuộc
nhóm kiềm như là natrihyđroxyt, natricacbonat. Khi pH tăng thì i
crit
trở nên rất thấp,
làm cho kim loại bi thụ động (ví dụ như thép) do phản ứng catốt khử oxy. Cùng với
loại này còn có các muối phốt phát, silicat và borat, chúng có tác dụng ức chế trong
dung dịch gần trung tính có không khí hòa tan. Các chất này sẽ thúc đẩy sự hấp phụ
của oxy trên anốt dẫn đến sự phân cực về vùng thụ động. Các chất thụ động không
oxy hóa cũng sẽ nguy hiểm nếu hàm lượng của chúng bị thiếu hụt vì oxy yêu cầu
cho sự thụ động cũng là một tác nhân ăn mòn. Hoạt tính của chúng phụ thuộc vào
sự tạo thành các lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại [3].
1.3.2. Chất ức chế không thụ động
Những chất ức chế loại này thường có nguồn gốc hữu cơ. Chúng hòa tan vào
dung dịch hoặc ít tan và kìm hãm tốc độ ăn mòn do hấp phụ che phủ bề mặt kim
loại. Chúng có thể kìm hãm phản ứng anốt, catốt hay cả hai đồng thời. Chúng được
gọi là chất ức chế anốt, catốt hay hỗn hợp.
1.3.2.1.Chất ức chế catốt [1]

Là chất ức chế có tác dụng lên vùng catốt của bề mặt kim loại, làm giảm quá
trình khử phân cực oxy, qua đó làm giảm tốc độ ăn mòn. Các loại chất ức chế này
thường được sử dụng cho các kim loại trong môi trường nước trung tính hay kiềm.
Đồ thị đường cong phân cực khi có chất ức chế này được thể hiện trên hình 1.4.
Đồ án tốt nghiệp 22 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Hình 1.4: Đường cong phân cực của kim loại khi có mặt chất ức chế catốt
1.3.2.2. Chất ức chế anốt
Là chất ức chế có tác dụng lên phần anốt của bề mặt kim loại, làm thụ động
kim loại, làm giảm phản ứng anốt qua đó làm giảm tốc độ ăn mòn. Các chất ức chế
loại này thường được sử dụng cho các kim loại dễ bị thụ động trong các môi trường
có tính oxy hóa cao [1].
Đồ án tốt nghiệp 23 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
Hình 1.5: Đường cong phân cực của kim loại khi có mặt chất ức chế anốt
1.3.2.3. Chất ức chế hỗn hợp [1]
Là chất ức chế mà nó có tác dụng lên cả hai quá trình catốt và anốt, làm giảm
tốc độ ăn mòn kim loại.
Hình 1.6: Đường cong phân cực của kim loại khi có mặt chất ức chế hỗn hợp
1.3.3. Chất ức chế xanh
Trong công nghiệp tẩy gỉ, tẩy cặn nồi hơi, trong các quá trình gia công xử lý
bề mặt và trong các hệ thống trao đổi nhiệt,… không thể thiếu các chất ức chế. Một
số chất ức chế thường được sử dụng như:
- Hợp chất CrO
4
2-
(300 - 500 ppm), canxipolyphotphat (15 – 37 ppm), silicat (20 –
40 ppm), ức chế ăn mòn kim loại của hệ thống nước lạnh tuần hoàn.
- Hợp chất nitrit, benzoat, photphat, natrimercaptobenzotiazol, benzotriazol ức chế
ăn mòn kim loại cho hệ thống chống làm lạnh ô tô.

- Hợp chất phenylthioure, thioure, mercaptan…ức chế chống ăn mòn trong quá
trình tẩy gỉ [4].
Hiệu quả của những chất ức chế này là do sự có mặt của các nhóm chức phân
cực chứa nguyên tử N, O, S trong phân tử, các hợp chất chứa vòng thơm và điện tử
Đồ án tốt nghiệp 24 Lý Ngọc Tài
Đại học Bách khoa Hà Nội Bộ Môn CNĐH & BVKL
pi [5]. Mỗi hợp chất có thể hấp phụ lên bề mặt kim loại và che chắn các vị trí hoạt
động bề mặt do đó làm giảm tỷ lệ ăn mòn. Mặc dù có rất nhiều hợp chất tổng hợp
được thể hiện khả năng chống ăn mòn rất tốt, song phần lớn chúng là rất độc hại
với cả con người và môi trường [6], chúng thường khá đắt và không bị phân hủy.
Do vậy, việc sử dụng các hợp chất tự nhiên làm chất ức chế ăn mòn đã thu hút sự
quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu bởi vì tinh dầu thực vật là một nguồn hợp chất
hóa học tự nhiên phong phú, bao gồm một số các thành phần như tannin, limonen,
axit hữu cơ, amino axit, ancaloit [8]…, chúng không độc hại và thân thiện với môi
trường, chúng có khả năng phân hủy và có thể được chiết bằng các phương pháp
đơn giản với chi phí thấp.
Các dịch chiết được chiết xuất từ lá, vỏ, hạt, trái cây…đã được nghiên cứu
rộng rãi như là các chất ức chế ăn mòn. Một số lượng lớn các nghiên cứu khoa học
đã nghiên cứu khả năng ức chế của một số tinh dầu thực vật đối với quá trình ăn
mòn của thép cacbon trong dung dịch axit [7].
Hiện tại, có một số các báo cáo nghiên cứu các sản phẩm tự nhiên như các
chất ức chế ăn mòn sử dụng các phế liệu từ các quá trình công nghiệp như chiết
xuất của vỏ chuối là chất ức chế ăn mòn cho thép mềm trong dung dịch axit [9] và
một số chiết xuất từ vỏ cam, xoài, tiêu đen, chanh leo, xoài được sử dụng làm chất
ức chế trong môi trường axit. [7]
Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới ẩm, có bờ biển dài… đó là những
điều kiện và môi trường làm cho kim loại bị ăn mòn với tốc độ lớn, nên phải rất cẩn
thận khi sử dụng các vật liệu kim loại và cần hạn chế sự ăn mòn kim loại đó.
Bên cạnh đó, Việt Nam có nguồn thực vật tự nhiên phong phú, đa dạng… có
một số loại cây mà trên thế giới nghiên cứu có khả năng ức chế ăn mòn. Vì vậy

việc nghiên cứu các dịch chiết được chiết xuất từ tự nhiên làm chất ức chế ăn mòn
cho kim loại là hết sức cần thiết.
Đồ án tốt nghiệp 25 Lý Ngọc Tài