BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP: NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG SÉT BẰNG 8 HYDROXYQUINOLINE ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG


BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG SÉT BẰNG 8
HYDROXYQUINOLINE ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ
BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG

Địa điểm thực tập
Giảng viên hướng dẫn
Đơn vị công tác
Cán bộ hướng dẫn
Đơn vị công tác
Sinh viên thực hiện
Lớp

: Viện kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
: Th.S Bùi Thị Thư
: Khoa Môi Trường - Đại học Tài nguyên
và Môi trường Hà Nội
: PGS.TS Trịnh Anh Trúc
: Viện kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
: Toàn Văn Thái
: ĐH2KM1

Hà Nội - 2016
1

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG


BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH KHOÁNG SÉT BẰNG 8
HYDROXYQUINOLINE ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ
BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG
Địa điểm thực tập
Cán bộ hướng dẫn

: Viện kỹ thuật nhiệt đới - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
: PGS.TS Trịnh Anh Trúc

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Th.S Bùi Thị Thư

Toàn Văn Thái

Cán bộ hướng dẫn

PGS.TS Trịnh Anh Trúc
LỜI CẢM ƠN

Hà Nội - 2016
2


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực tập tại Phòng nghiên cứu sơn bảo vệ- Viện kỹ thuật nhiệt
đới, em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm thực tế không những về kiến thức chuyên
ngành và còn về tinh thần trách nhiệm cao trong công việc.
Để có kiến thức và kết quả thực tế ngày hôm nay, trước hết em xin gửi lời cảm
ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa Môi Trường – Đại học Tài Nguyên và
Môi Trường Hà Nội, đặc biệt là Th.S Bùi Thị Thư đã giảng dạy và trang bị những
kiến thức cơ bản, đồng thời tận tình hướng dẫn em trong quá tình thực tập.
Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trịnh Anh Trúc và
các anh, chị trong phòng nghiên cứu sơn bảo vệ- Viện kỹ thuật nhiệt đới đã quan và
tạo điều kiện giúp đỡ tốt cho em trong quá trình học tập và làm việc. Em cũng xin gửi
lời cảm ơn tới ban lãnh đạo viện đã tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt đợt
thực tập này.
Trong quá trình thực tập và làm báo cáo, do vốn kiến thức chưa sâu và còn
thiếu nhiều kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong
được những ý kiến đóng góp của Thầy Cô để em có thể hoàn thiện bản báo cáo này tốt
hơn
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 4 năm 2016
Sinh Viên

Toàn Văn Thái

3

MỤC LỤC

4


DANH MỤC HÌNH

5


LỜI MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn chuyên đề thực tập
Vấn đề chống ăn mòn kim loại hiện nay có ý nghĩa rất quan trọng và mang tính
thời sự vì tổn thất về kinh tế do ăn mòn là rất lớn và luôn tăng lên. Ở các nước công
nghiệ phát triển, người ta ước tính thiệt hại do ăn mòn chiếm khoảng 4,2 % tổng sản
phẩm quốc dân. Thiệt hại sẽ còn lớn hơn nếu tính cả chi phí cho việc bảo dưỡng, thay
thế vật liệu. Hậu quả của ăn mòn là gây ô nhiễm môi trường và mất cân bằng sinh thái.
Ở Việt Nam, do khí hậu nóng ẩm, thiệt hại do ăn mòn còn có thể lớn hơn. Tiến bộ kĩ
thuật đòi hỏi cao về vật liệu khi áp dụng các công nghệ và quá trình mới. Công nhệ vũ
trụ và tên lửa, kĩ thuật hạt nhân, công nghiệp hóa học, hóa dầu, khai thác vũ khí, các
nhà máy năng lượng... đòi hỏi có các loại thép và hợp kim bền. Không có các vật liệu
bền ăn mòn hay phương pháp bảo vệ khỏi ăn mòn sẽ kìm hãm sự phát triển của các
lĩnh vực kinh tế hay nói cách khác sự ăn mòn kim loại kìm hãm sự phát triển tiến bộ kĩ
thuật. Trong các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại, phương pháp sơn phủ vẫn
được sử dụng nhiều nhất do hiệu quả cao và giá thành thấp. Những năm gần đây, công
nghiệp sản xuất vật liệu sơn rất phát triển. Việc nghiên cứu tìm ra các loại sơn có khả
năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại cao được rất nhiều phòng thí nghiệm và nhiều nhà
khoa học quan tâm. Việc sử dụng các pipment ức chế ăn mòn trên cơ sở các muối kim

loại nặng (cromat hoặc chì) đem lại hiệu quả ức chế ăn mòn cao nhưng lại gây ô nhiễm
môi trường. Điều này thúc đẩy các nhà khoa học tìm ra các loại pigment thay thế và sự
dụng các chất ức chế an mòn trong sơn lót. Với đề tài“Nghiên cứu biến tính khoáng
sét bằng 8-hydroxyquinoline sử dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thân
thiện môi trường” báo cáo của em nhằm tổng hợp và phân tích cấu trúc, tính chất của
clay-8-HQ biến tính hữu cơ ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn trong lớp phủ bảo vệ.

2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp thực hiện chuyên đề thực tập

-

- Đối tượng thực hiện: Nghiên cứu biến tính khoáng sét bằng 8hydroxyquinoline trong lớp phủ chống ăn mòn thân thiện môi trường ( thay thế chì và
cromat có tác nhân gây ung thư bằng 8-hydroxyquinoline ).
- Phạm vi thực hiện:
+ Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm – Phòng nghiên cứu sơn bảo vệ - Viện
Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
+ Thời gian thực hiện: từ ngày 18/01/2016 đến ngày 10/04/2016.
Phương pháp thực hiện:
+ Phương pháp tổng quan tài liệu.
+ Các phương pháp tổng trở điện hóa để nghiên cứu đánh giá khả năng bảo vệ
chống ăn mòn
+ Các phương pháp phân tích hiện đại để phân tích cấu trúc của vật liệu:
6


•
•
•
•

Phương pháp phổ hồng ngoại.
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).
Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD).
Phương pháp quang phổ UV -Vis
+ Phương pháp thu thập số liệu, xử lí kết quả.
3. Mục tiêu và nội dung của chuyên đề
- Mục tiêu: Chế tạo thành công vật liệu bảo vệ chống ăn mòn hiệu quả thân thiện môi

-

trường ( thay thế chì và cromat độc hại bằng 8-hydroxyquinoline )
Nội dung:
+ Thực trạng: Vấn đề ăn mòn phá hủy vật liệu trong môi trường là một vấn đề
hết sức phưc tạp. Do vậy, việc nghiên cứu đưa ra biện pháp bảo vệ chống ăn mòn xâm
thực một cách có hiệu quả cho các công trình phải được dựa trên cơ sở của các kết quả
nghiên cứu cụ thể về mức độ xâm thực của môi trường, như tác động của khí hậu, môi
trường nước biển và môi trường không khí. Do vậy việc nghiên cứu phương pháp bảo
vệ chống ăn mòn nhằm nâng cao tuổi thọ cho các công trình của quốc gia có nền kinh
tế phát triển đều được ứng dụng các công nghệ chống ăn mòn phù hợp.
+ Phương hướng giải pháp: Trong các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại,
phương pháp sơn phủ vẫn được sử dụng nhiều nhất do hiệu quả cao và giá thành thấp.
Những năm gần đây, công nghiệp sản xuất vật liệu sơn rất phát triển. Việc nghiên cứu
tìm ra các loại sơn có khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại cao được rất nhiều
phòng thí nghiệm và nhiều nhà khoa học quan tâm. Việc sử dụng các pipment ức chế
ăn mòn trên cơ sở các muối kim loại nặng (cromat hoặc chì) đem lại hiệu quả ức chế
ăn mòn cao nhưng lại gây ô nhiễm môi trường. Điều này thúc đẩy các nhà khoa học
tìm ra các loại pigment thay thế và sự dụng các chất ức chế ăn mòn trong sơn lót.

7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP
GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ THỰC TẬP VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI

Địa chỉ : Số 18- Hoàng Quốc Việt- Cầu Giấy- Hà Nội.
Điện thoại:(+84)(4) 38360538, 38361322
Fax: (+84)(4) 387564696
Email: ,
1. Sơ lược lịch sư

− Viện kỹ thuật nhiệt đới (KTNĐ) được thành lập theo quyết định số 248/CP ngày
08/08/1890 của thủ tướng chính phủ, trực thuộc Viện Khoa Học Việt Nam(nay là
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Viện trưởng đầu tiên là GS.TSKH
Vũ Đình Cự.
− Từ năm 1933, Viện KTNĐ là một trong 17 viện nghiên cứu thuộc Trung tâm Khoa
học tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia theo nghị định 24/CP ngày 22/05/1993 của
Chính phủ và quyết định số 57/KHCNQG- QĐ ngày 23/06/1993 của giám đốc Trung
tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia.
− Từ năm 2004 viện KTNĐ là một trong 18 viện nghiên cứu của Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam theo nghị định số 27/2004 NĐ-CP ngày 16/01/2004 của
chính phủ và quyết định số 01/2004 QĐ- KHCNVN ngày 15/02/2004 của chủ tịch
Viện Hàn lâm học và Công nghệ Việt Nam.
− Theo nghị định số 62/2008 NĐ-CP của chính phủ, từ năm 2008 Viện KTNĐ là một
trong 24 viện nghiên cứu của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2. Chức năng và nhiệm vụ

8


− Chức năng: Viện Kỹ thuật nhiệt đới có chức năng nghiên cứu khoa học, triển khai và

phát triển công nghệ thuộc lĩnh vực kỹ thuật nhiệt đới.
− Nhiệm vụ:
+ Nghiên cứu và tìm ra các yếu tố ảnh hưởng tới vật liệu, thiết bị, công trình của điều
kiện môi trường nhiệt đới ẩm Việt Nam (nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ...), xây dựng ngân
hàng dữ liệu về điều kiện môi trường theo quan điểm an mòn và bảo vệ vật liệu.
+ Nghiên cứu quy luật và động học, cơ chế quá trình tác động của điều kiện môi trường
nhiệt đới Việt Nam đến vật liệu, thiết bị, công trình để đưa ra các giải pháp công nghệ
bảo vệ vật liệu, thiết bị, công trình và bảo vệ môi trường.
+ Nghiên cứu thích ứng và nghiên cứu công nghệ chế tạo các vật liệu, linh kiện thiết bị
phù hợp với việc sử dụng trong điều kiện nhiệt đới Việt Nam.
+ Chuyển giao công nghệ hoặc sản xuất các sản phẩm, đưa các kết quả nghiên cứu ứng
dụng vào sản xuất, tư vấn, tổ chức phối hợp với các cơ sở nghiên cứu, sản xuất, kinh
doanh, tiêu dùng tỏng nước để triển khai ứng dụng các thành tựu nghiên cứu, phát
triển các kỹ thuật nhiệt đới trong và ngoài nước vào thực tiễn Việt Nam.
+ Nghiên cứu xây dựng các công nghệ bảo vệ chống ăn mòn, chống lão hóa, suy giảm
vật liệu, thiết bị, công trình làm việc trong điều kiện môi trường nhiệt đới Việt Nam.
+ Xây dựng, biên soạn các tiêu chuẩn đánh giá, thử nghiệm, sử dụng vật liệu, linh kiện
thiết bị trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm.
+ Tổ chức hợp tác quốc tế và đào tạo sau đại học, đào tạo cán bộ kỹ thuật trong lĩnh vực
kỹ thuật nhiệt đới.
+ Xây dựng cơ sơ vật chất để tiến hành nghiên cứu khoa học và triển khai các ứn dụng
công nghệ tiên tiến thuộc lĩnh vực nghiên cứu của Viện.
+ Quản lý đội ngũ cán bộ, cơ sở vật chất và tài sản của viện KTNĐ.
+ Giám định chất lượng các loại vật liệu, thiết bị kỹ thuật sử dụng trong môi trường khí
hậu nhiệt đới.
3. Tổ chức của viện

−
+
+

−

Lãnh đạo viện:
Viện trưởng: GS.TS. Thái Hoàng.
Phó viện trưởng: PGS.TS. Đinh Thị Mai Thanh
Hội đồng khoa học: là tổ chức tư vấn cho viện trưởng về khoa học do chủ tịch Viện

Hàn lâm học và Công nghệ Việt Nam bổ nhiệm.
− Phòng quản lý tổng hợp: 9 phòng chuyên môn và đối tượng nghiên cứu phát triển:
+ Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại: Kim loại, hợp kim, vật liệu bảo vệ vô cơ, vật liệu
bảo vệ kim loại bằng phương pháp điện hóa.
+ Phòng Hóa lý vật liệu phi kim loại: Chất dẻo, vật liệu polyme trộn hợp và compozit,
phân hủy, ổn định chống lão hóa polyme.
+ Phòng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên nhiên: Vật liệu bảo vệ trang trí hữu cơ, các
hợp chất có nguồn gốc sinh học sử dụng trong vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ.
9


+ Phòng Vật liệu gồm Kỹ thuật và Điện cao áp: Linh kiện và thiết bị điện.
+ Phòng Kỹ thuật điện tử: Linh kiện và thiết bị điện tử.
+ Phòng Nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
và các giải pháp kỹ thuật xử lý chống ô nhiễm và bảo vệ môi trường.
+ Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ: Nghiên cứu phát triển các lớp phủ bảo vệ, các chất ức
chế ăn mòn kim loại.
+ Phòng Dữ liệu, thử nghiệm nhiệt đới và môi trường: Khí hậu kỹ thuật, các thử nghiệm
gia tốc, lớp phủ bảo vệ kim loại bằng phương pháp phun nhiệt.
+ Phòng Vi phân tích: Cấu trúc vật liệu (kính hiển vi điện tử quét), vật liệu cao su tổng
hợp.
4.Tiềm lực
4.1 Nhân lực

Gồm 76 cá bộ trong biên chế, trong đó có 2 GS, 7 PGS, nghiên cứu viên cao
cấp, nghiên cứu viên và 2 kỹ sư chính, 18 tiến sĩ, 18 thạc sĩ, 25 kỹ sư và cử nhân, 7
nhân viên kỹ thuật.
4.2 Cơ sở vật chất

− Diện tích: tổng diện tích các phòng thí nghiệm ở khu Nghĩa Đô là 1650m 2 ( nhà A2 và
−
+
+
+
+
+
+

A13) và diện tích khu sản xuất thử nghiệm Tam Hiệp là 180m2.
Các trang thiết bị chính:
Các trang thiết bị nghiên cứu cấu trúc
Thiết bị đo điện hóa
Thiết bị đánh giá tính chất của polyme, lớp phủ
Thiết bị triển khai.
Các thiết bị thử nghiệm gia tốc
Các trạm thử nghiệm
5. Một số kết quả chính
5.1. Các công trình đã công bố
Tính đến nay đã có trên 500 bài báo, báo cáo khoa học được công bố trên các
tạp chí, hội nghị khoa học trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực: ăn mòn, suy giảm và ổn
định vật liệu, thiết bị, vật liệu bảo vệ hữu cơ, vật liệu bảo vệ vô cơ, kỹ thuật điện và
điện tử cùng các lĩnh vực khác.
5.2. Các kết quả ứng dụng sản xuất

−
+
+
−

Vật liệu bảo vệ, trang trí kim loại
Lớp mạ điện phân Zn-Ni, Ni- Cr ứng dụng trong sản xuất ô tô, xe máy.
Lớp phủ kim loại phục hồi trục động cơ.
Các lớp phủ bảo vệ hữu cơ chất lượng cao trên cơ sở các kim loại nhựa tổng hợp, cao
su và dầu nhựa thiên nhiên biến tính được sử dụng để sơn tàu biển ở Quảng Ninh, tổng
công ty xăng dầu Việt Nam, bộ năng lượng, bộ giao thông vận tải, ngành đồ hộp xuất
khẩu như:
10


+ Sơn và vật liệu compozit bảo vệ và chống ăn mòn đặc chủng, bền trong môi trường
biển, bền tạp chất xăng dầu, bền hóa chất...
+ Sơn đặc chủng bền môi trường nhiệt đới như sơn phản nhiệt mặt trời, sơn phản quang,
sơn phân luồng đường chịu mài mòn.
+ Vecni đồ hộp cho rau quả, thịt...
+ Sơn emay điện tử và sơn tẩm cách điện chịu nhiệt cấp A, E, B, F.
− Vật liệu polyme và vật liệu trộn hợp (blend) trên cơ sở cao su thiên nhiên sử dụng
trong giao thông vận tải đường sắt, đường biển và trong đời sống như:
+ Quy trình công nghệ tạo mút xốp PUR
+ Vật liệu blend cao su nhựa nhiệt dẻo dùng làm đệm đường ray cho giao thông vận tải

+
−
+
+

−

đường sắt.
Đệm chống va đập tàu biển.
Các chất phụ gia
Chất ổn định ND-2101 và ND-2013.
Chất ổn định và hóa dẻo trên cơ sở dầu thực vật epoxy hóa.
Chi tiết, thiết bị, linh kiện, điện và điện tử: van chống sét ZnO cấp điện áp 6-22kV và

35kV, nguồn cao áp cho thiết bị laze và các loại đèn khí, thiết bị cho các trường dạy
nghề....
− Các lĩnh vực khác: tập bản đồ khí hậu kỹ thuật, bộ số liệu về ăn mòn kim loại và hợp
kim trên lãnh thổ Việt Nam, quy trình chống mốc cho mây tre đan xuất khẩu...
5.3. Đào tạo
Từ năm 1982, Viện KTNĐ là một trong các đơn vị đào tạo sau đại học của Bộ
Giáo dục và Đào tạo.
Trong thời gian từ năm 1999-2009: Kết hợp đào tạo tiến sĩ với các trường Đại
học của Pháp, Hàn Quốc, Nhật Bản, Vương quốc Bỉ, có 14 nghiên cứu sinh đã bảo vệ
luận án tiến sĩ và nhiều nghiên cứu sinh đang thực hiện luận án đào tạo kết hợp.
Đã gửi đi đào tạo và đào tạo được 2 tiến sĩ khoa học, 40 tiến sĩ chuyên ngành và
60 thạc sĩ. Hiện nay có trên 30 nghiên cứu sinh đang thực hiện luận án tiến sĩ ở Viện
KTNĐ.
Đã và đang thực hiện có hiệu quả việc kết hợp đào tạo, hướng dẫn sinh viên các
trường đại học, cao đẳng nghiên cứu khoa học, thực tập và làm khóa luận tốt nghiệp.
5.4 Hợp tác quốc tế

− Có quan hệ hợp tác khoa hoc công nghệ với UNDP và với nhiều cơ quan, trường đại
học của nhiều nước trên thế giới như: Pháp, Nga, Đức, Bỉ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thái
Lan …
− Là đối tác chính của Việt Nam trong chương trình hợp tác giữa CNRS Pháp và Viện

Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam về ăn mòn và bảo vệ vật liệu.
2. Giới thiệu về Phòng Nghiên cứu sơn bảo vệ chống ăn mòn.
2.1. Các thành viên trong phòng
11


Phòng có 07 thành viên, trong đó có 02 Phó giáo sư; 01 tiến sĩ; 03 thạc sĩ và 01
cử nhân.
Lãnh đạo phòng:

− Trưởng phòng: PGS.TS. Trịnh Anh Trúc.
− Phó trưởng phòng: TS. Phạm Gia Vũ
Các thành viên:

−
−
−
−
−

PGS.TS. Tô Thị Xuân Hằng.
Ths. Nguyễn Thùy Dương, NCV.
Ths. Nguyễn Anh Sơn, NCV.
Ths. Thái Thu Thủy, NCV.
Cn. Vũ Kế Oánh, NCV.
2.2. Lãnh đạo phòng qua các thời kỳ:

− Trưởng phòng: PGS. TS. Bùi Thị An, nguyên Viện Trưởng.
− Trưởng phòng: PGS.TS. Tô Thị Xuân Hằng
− Phó Trưởng phòng: TS. Lê Trọng Hậu.

2.3. Lĩnh vực nghiên cứu, hoạt động
Nghiên cứu

− Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện khí hậu nhiệt đới đến sự suy giảm của lớp
phủ bảo vệ chống ăn mòn.
− Lớp phủ hữu cơ: Nghiên cứu chế tạo các lớp phủ tiên tiến, các lớp phủ đặc biệt (chịu
nhiệt, chịu mài mòn, chống cháy, chống mốc…). Nghiên cứu cơ chế bảo vệ chống ăn
mòn của các lớp phủ. Thử nghiệm gia tốc và phơi mẫu tự nhiên các hệ lớp phủ hữu cơ.
− Xử lí bề mặt kim loại: Nghiên cứu xử lí bề mặt thép trước khi sơn bằng các hợp chất
không độc hại, thân thiện môi trường.
− Phụ gia cấu trúc nano: Nghiên cứu chế tạo phụ gia nano để gia cường các tính chất cơ
lý, các tính chất đặc biệt, các phụ gia nano mang ức chế ăn mòn. Chế tạo và nghiên
cứu cơ chế bảo vệ chống ăn mòn của các lớp phủ polyme nanocompozit.
− Polyme dẫn: Tổng hợp và ứn dụng polymedẫn trong bảo vệ chống ăn mòn
2.4. Cơ sở vật chất
Các thiết bị nghiên cứu:

−
−
−
−
−
−

Máy đo tổng trở AUTOLAB P30
Máy li tâm tốc độ cao 11000 vòng/phút Hettich (Đức).
Máy trộn lắc 3 chiều
Máy tạo màng li tâm
Máy mài mẫu
Hệ thiết bị xác định tính chất cơ lí của lớp phủ: máy đo độ cứng, độ bền va đập, độ

bám dính, độ rỗ, độ phấn hóa của màng sơn.
− Tủ thử nghiệm mù muối.
− Tủ thử nghiệm nóng ẩm tử ngoại ATLAS UVCON UC-327-2.
12


− Trạm phơi mẫu Quảng Ninh
− Trạm phơi mẫu Nha Trang

13


CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ THỰC HIỆN CHUYÊN ĐỀ THỰC TẬP

1. Ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại
1.1. Ăn mòn kim loại
1.1.1. Khái niệm ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là quá trình phá huỷ kim loại dưới tác dụng của môi trường
xung quanh để chuyển kim loại sang dạng bền vững hơn (hợp chất).Về mặt danh pháp
thì từ ăn mòn được dịch từ từ ngữ “corosion”, nó được bắt nguồn từ từ ngữ La Tinh
“corodère” có nghĩa là sự gặm nhấm làm hao mòn dần.
Phương trình mô tả hiện tượng ăn mòn kim loại trong các môi trường có dạng
như sau:
M – ne → Mn+
Trong đó: M là kim loại, n là số electron trong nguyên tử kim loại bị mất đi khi
bị oxi hoá tạo thành ion kim loại Mn+. Ion kim loại sau đó có thể tồn tại ở dạng tự do
trong dung dịch hoặc có thể bị kết tủa dưới dạng hydroxit hay oxit tuỳ theo điều kiện
môi trường.

1.1.2. Nguyên nhân gây ăn mòn kim loại
Ăn mòn là một phản ứng điện hóa gồm ba bước. Oxy tự do trong nước tiếp xúc
với bề mặt kim loại tại một điểm (gọi là cathode) phản ứng với nước. Ở một điểm khác
trên bề mặt kim loại (gọi là anode), phản ứng oxy hóa của kim loại xảy ra giải phóng
ra electron. Sự kết hợp của electron tự do, oxy và nước tạo thành các ion hydroxit. Các
ion hydroxit này sau đó kết hợp với các ion kim loại, vốn đã được giải phóng tại anode
do phản ứng oxy hóa, tạo thành các hydroxit kim loại không tan. Kết quả của quá trình
này là kim loại bị mất mát và hình thành gỉ.

1.1.3. Phân loại ăn mòn kim loại
Căn cứ vào nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng người ta có thể phân chia ra
các loại ăn mòn như sau:
a. Phân loại theo môi trường sử dụng
Theo cách này, ăn mòn kim loại được phân theo môi trường ăn mòn tự nhiên
(khí quyển, đất và nước biển) và công nghiệp (nhà máy hóa chất, hầm mỏ, dầu khí…).
b. Phân loại theo đặc trưng phá huỷ
+ Ăn mòn rộng khắp: Ăn mòn rộng khắp có thể đồng đều - xảy ra với tốc độ
như nhau trên toàn bộ bề mặt kim loại hay không đồng đều - xảy ra với tốc độ khác
nhau trên các vùng bề mặt kim loại khác nhau.
+ Ăn mòn cục bộ: Là dạng ăn mòn mà sản phẩm ăn mòn xuất hiện tập trung ở
một số miền, thậm chí một vài điểm trên toàn bộ bề mặt kim loại, hợp kim nên không
đồng nhất tạo điều kiện cho ăn mòn phát triển. Tuỳ thuộc vào các đặc trưng, các dạng
ăn mòn cục bộ được chia ra thành các dạng sau:
14


+ Ăn mòn điểm.
+ Ăn mòn lỗ (ăn mòn pitting).
+ Ăn mòn cấu trúc lựa chọn.
+ Ăn mòn giữa tinh thể

+ Ăn mòn khe.
+ Ăn mòn hố.
+ Ăn mòn dưới bề mặt.
+ Ăn mòn xuyên thủng.
c. Phân loại theo cơ chế ăn mòn
Ngày nay, trong một nghĩa tương đối, sự phá hủy kim loại do tác nhân hóa học
của môi trường gây ra xảy ra theo hai cơ chế: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học.
Ăn mòn hoá học: Là sự phá hủy kim loại bởi phản ứng hóa học dị thể khi bề
mặt kim loại tiếp xúc với môi trường gây ăn mòn, khi đó kim loại bị chuyển thành ion
kim loại đi vào môi trường trong cùng một giai đoạn.
Ví dụ: Các ống khói của lò cao, ống xả của động cơ nhiệt, các mái tôn của lò
rèn, lò cán thép…thường xuyên ở nhiệt độ cao nên nhanh mục nát vì bị oxi của không
khí oxi hóa thành các oxit kim loại:
Cu + ½O2
CuO
3Fe + 2O2
Fe3O4
Ăn mòn điện hoá: Là sự phá huỷ kim loại bởi quá trình tương tác của môi
trường ăn mòn với bề mặt kim loại theo cơ chế điện hoá. Quá trình phá huỷ kim loại
theo cơ chế này không phải xảy ra trong một giai đoạn mà nó thường xuyên gồm nhiều
giai đoạn và tại nhiều vị trí khác nhau trên bề mặt kim loại.
Các thí dụ điển hình là ăn mòn kim loại trong khí quyển có ngưng tụ ẩm, màng
điện ly trên bề mặt kim loại hay trong môi trường điện ly nước biển. Ăn mòn điện hoá
bao giờ cũng gắn với sự hình thành các vi pin, các vi pin này là những vi phân đoản
mạch, vi catôt và vi anôt và chúng được nối trực tiếp với nhau.
Quá trình anôt: M – ne → Mn+
Quá trình catôt:
[Oxh] + ne → [Kh]
Chất oxy hoá ở đây thường là oxy hoặc ion hydro.
Trong quá trình xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoá thì trên anôt kim loại bị hoà

tan để lại electron và qua dây dẫn loại 1 (nền kim loại hoặc dây dẫn kim loại) electron
được di chuyển đến catôt, tại đó xảy ra các quá trình trên.
Pin ăn mòn được hình thành từ các kim loại có bản chất không giống nhau (như
trường hợp các hợp kim) và do các tinh thể kim loại định hướng khác nhau trên cùng
một bề mặt kim loại. Pin nồng độ được hình thành do sự tiếp xúc của kim loại đồng
15


nhất với một dung dịch mà nồng độ chất oxy hoá không đồng nhất ở mọi nơi trong
dung dịch.
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn kim loại
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn trong tháp giải nhiệt, có một số yếu
số quan trọng sau:

-

Oxy hòa tan: oxy hòa tan trong nước là điều kiện cần thiết để phản ứng ở

-

cathode diễn ra.
Độ kiềm và axit – nước kiềm thấp có chút ít khả năng đệm pH. Do đó, loại

-

nước này có khả năng lấy các khí axit từ không khí và hòa tan kim loại và hình thành
lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt kim loại. Nước có tính kiềm cao hơn thì hỗ trợ sự
hình thành oxit kim loại nhiều hơn.
Tổng chất rắn hòa tan TSD: nước có TSD cao thì có độ dẫn cao và cũng tạo khả

-

năng cho phản ứng điện hóa cao. Chloride (Cl - )và sulphate (SO42-) là đặc biệt dễ gây
ăn mòn.
Tăng trưởng của vi sinh vật: lắng đọng của các chất hữu cơ hoặc vô cơ có thể

-

gây ra các rỗ khí và xói mòn/ăn mòn của một số hợp kim do gia tăng tính bất ổn cục
bộ. Vi sinh tăng trưởng thúc đẩy cơ chế hình thành phản ứng ăn mòn và ngoài ra, sản
phẩm phụ của một số sinh vật như vi khuẩn kị khí là H2S cũng gây ra ăn mòn.
Vận tốc dòng chảy: khi vận tốc dòng chảy của nước cao thì làm tăng sự ăn mòn

-

do mang theo oxy vào kim loại và mang đi sản phẩm của ăn mòn với tốc độ nhanh.
Khi vận tốc dòng chảy thấp, các chất lơ lửng lắng đọng có thể hình thành các tế bào ăn
mòn cục bộ, do đó cũng làm tăng sự ăn mòn.
Nhiệt độ: mỗi khi tăng nhiệt độ từ 14-17°C thì tỷ lệ ăn mòn tăng lên gấp đôi.
Trên 88°C, khi nhiệt độ tăng thêm thì có ít ảnh hưởng đến sự ăn mòn trong hệ thống
nước giải nhiệt.
Một số chất gây ô nhiễm, như H2S và NH3, có thể tạo ra nước ăn mòn ngay cả
khi độ cứng tổng và độ kiềm tương đối cao.

1.2.

Các phương pháp chống ăn mòn kim loại
Để đưa ra các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại người ta phải dựa
trên các nguyên nhân và cơ chế của quá trình phá hủy kim loại, do vậy có thể chia ra
các phương pháp sau:

- Thay đổi tính chất của môi trường chất điện ly
- Thay đổi tính chất của vật liệu kim loại
- Cách ly vật liệu kim loại với môi trường chất điện ly
a. Thay đổi tính chất của môi trường chất điện li
Để thay đổi tính chất của môi trường chất điện li, người ta loại bỏ các chất điện
li có trong môi trường hoặc đưa vào môi trường các chất làm giảm tính điện li của chất
điện li. Chẳng hạn nếu oxi hoà tan trong dung dịch là nguyên nhân ăn mòn người ta
16


đuổi oxi vào không khí hay đưa vào các chất hấp phụ đặc biệt như hidrazon hidrat,
natri sunfit … Để làm giảm tính xâm thực của các dung dịch axit, muối, bazơ người ta
thêm vào dung dịch các chất ức chế ăn mòn. Để bảo vệ chi tiết máy chống ăn mòn khí
quyển người ta dùng các chất ức chế bay hơi.
b. Thay đổi tính chất của vật liệu kim loại
Để thay đổi tính chất của vật liệu kim loại người ta có thể sử dụng loại vật liệu
khác có tính bền vững đối với chất điện li để thay thế cho vật liệu kim loại kém bền
trong môi trường ăn mòn. Việc hợp kim các kim loại cũng là một trong những phương
pháp tương đối được dùng phổ biến trong hoạt động sản xuất, phương pháp này sẽ tạo
ra các loại thép mới, hợp kim mới. Độ bền của vật liệu kim loại được nâng cao bằng
biến đổi thành phần lên hợp kim (đưa thêm vào các nguyên tố trong hợp kim) hoặc tác
động lên sự phân bố pha hoặc giảm nguy cơ nứt hoặc giòn hóa do hydro.
c. Cách li vật liệu kim loại với môi trường điện li
Hiện nay phương pháp bảo vệ ăn mòn kim loại được sử dụng nhiều nhất trong
công nghiệp là ngăn cách bề mặt vật liệu kim loại ra khỏi môi trường chất điện li (môi
trường xâm thực) bằng lớp phủ bám dính tốt, không thấm và kín khít, độ cứng cao và
điện trở thấp, không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn với tốc độ ăn mòn yếu hơn tốc độ ăn
mòn của kim loại cần được bảo vệ, có độ bền cao. Có nhiều loại lớp phủ nhưng dựa
vào thực tế chúng ta có thể chia thành ba loại chính sau:
+ Lớp phủ kim loại

+ Lớp phủ phi kim loại
+ Lớp phủ hữu cơ
Nhiệm vụ cơ bản nhất của lớp phủ này là làm cô lập, cách li kim loại với môi
trường chất điện li. Sự có mặt của lớp phủ kim loại sẽ làm kìm hãm tốc độ của quá
trình ăn mòn kim loại. Làm cho kim loại kéo dài được tuổi thọ sử dụng, cũng như chất
lượng cao hơn so với kim loại không phủ sơn bảo vệ.
2. Khái quát về sơn
2.1. Khái quát lịch sử ra đời của sơn
Từ hàng nghìn năm trước, sơn đã được sử dụng ở các cung đình châu Á, nhưng
chúng không phải sơn bảo vệ mà chỉ mang tính chất trang trí là chủ yếu. Dầu được sử
dụng chủ yếu là dầu thông, vecni hoặc dịch từ nhựa kiến. Ở châu Âu đã sử dụng dầu
thô từ thế kỷ VIII đến nay, dầu thiên nhiên dần được thay thế bằng các chất nhân
tạo(nhựa tổng hợp). Vào khoảng thế kỷ XVIII-XIX, hóa chất đã được bắt đầu sử dụng
vào việc bảo vệ bề mặt. Đầu thế kỷ XX, kỹ thuật sơn đã ra đời gắn liền với nó là sự ra
đời của nhựa phenolfolmandehit.

17


2.2. Định nghĩa về sơn.
Sơn là loại vật liệu dùng để bảo vệ và trang trí bề mặt. Hệ huyền phù gồm chất
tạo màng, dung môi và một số chất phụ gia khác: nhựa polyuretan, nhựa alkyd, nhựa
epoxy, nhựa vinyl, nhựa acrylate,..Khi phủ lên bề mặt tạo thành lớp mỏng bám chắc,
bảo vệ và trang trí vật cần sơn.
Hiện nay người ta chưa chế tạo được một loại sơn mà đồng thời đáp ứng mọi
yêu cầu như: bám dính, chống ăn mòn, chống thấm, tạo màu sắc, mà giá thành lại chấp
nhận được. Do đó người ta phải sơn nhiều lớp khác nhau. Mỗi hệ thống sơn thường
dùng 3 lớp chính:

− Lớp lót: Tác dụng chủ yếu là bám dính tốt lên bề mặt vật liệu cần sơn và chống ăn

mòn.
− Lớp trung gian: Có tác dụng tăng độ bền và tăng khả năng chống thấm của lớp lót.
− Lớp phủ: Tạo độ bóng, tạo màu sắc và phần nào có tác dụng chống thấm và ngăn cản
tác hại của tia sáng lên màng sơn.
2.3. Qúa trình khô của sơn.
Sau khi sơn cần phải có một khoảng thời gian nhất định để cho dung môi trong
sơn bay hơi và tạo thành liên kết giữa chất tạo màng và bề mặt vật liệu. Tùy vào dung
môi mà quá trình khô diễn ra nhanh hay chậm. Nếu chậm thì liên kết giữa sơn và bề
mặt vật liệu càng bền chắc, song ảnh hưởng tới quá trình gia công tiếp theo, cũng như
bụi và hơi nước bám vào bề mặt làm giảm độ bóng của sơn. Nếu sơn khô nhanh quá
thì sự liên kết giữa sơn và bề mặt vật liệu không được chắc chắn, lớp sơn dễ bị bong
ra. Đối với nước ta có độ ẩm không khí cao, đòi hỏi sơn phải khô nhanh để nước
không bám lên bề mặt làm giảm độ bóng. Trong quá trình khô của sơn còn có quá
trình oxy hóa các nối đôi có trong sơn(trong nhựa) tạo ra các gốc peoxyt tự do. Gốc tự
do này lại kết hợp với nối đôi để tạo ra những gốc tự do mới.
Qúa trình sấy khô nếu dùng ánh sang mặt trời là nguồn sấy thì phải chú ý tới
các nhóm chức dễ bị phân hủy dưới tác dụng của tia tử ngoại có trong ánh sáng mặt
trời, do đó làm thay đổi tính chất của sơn.
2.4. Các thành phần chính của sơn.
2.4.1. Chất tạo màng
Là thành phần chính trong sơn có tác dụng là liên kết các thành phần trong sơn
với nhau, qua đó tạo cho sơn một độ bám dính của màng sơn lên bề mặt vật liệu. Tạo
ra những đặc tính của màng sơn: cơ lý, hóa học, chịu thời tiết, chống rỉ, chịu nhiệt…
Nguồn gốc của chất tạo màng bao gồm từ nhiên nhiên , từ tổng hợp mà ra.

+ Nhựa thiên nhiên: Dầu lanh, dầu lẩu, dầu nành...
+ Nhựa tổng hợp: Nhựa alkyd, epoxy, Polyuretan...
Chất tạo màng có nhiều loại khác nhau:
18

+ Loại nhiệt dẻo: Là loại mà khi quá trình khô xảy ra thì dung môi sẽ bị bay hơi ra khỏi
màng sơn. Và khi màng sơn khô thì không có sự biến đổi về mặt hóa học và có thể hòa
tan trở lại.
Ví dụ như: Cellulose, Vinyl, cao su clo hóa...

+ Loại nhiệt rắn: Đây là loại mà khi quá trình khô xảy ra thì có phản ứng hóa học xảy ra
trong màng sơn, các phản ứng xảy ra có thể là phản ứng oxy hóa, phản ứng trùng hợp
hay là một số tương tác hóa học... khi màng sơn khô không hòa tan trở lại.
Ví dụ như: Nhựa Epoxy, nhự alkyd, polyurethan...
Yêu cầu kỹ thuật và nâng cao chất lượng:

+
+
+
+
+

Yêu cầu:
Tạo được màng mỏng trên bề mặt vật liệu.
Dễ thi công khi pha thành dung dịch.
Sức căng bề mặt nhỏ để màng sơn dễ dàn đều.
Độ bền cơ học cao.
Độ bền thời tiết cao, chịu tia tử ngoại, chống được sự thay đổi màu sắc của bột màu.

-

Và một số yêu cầu khác như khả năng chống thấm, chịu nhiệt, chống rỉ...trước những
biến động của thời tiết.
Biến tính chất tạo màng:

Mục đích: nâng cao tính năng của nhựa tạo màng.
Phương pháp tạo biến tính chất tạo màng có 2 phương pháp chính đó là biến
tính vật lí và hóa học.
- Biến tính vật lý: là phương pháp phối trộn thêm một số thành phần khác để
tăng tính năng của nhựa.
- Biến tính hóa học: là phương pháp trùng hợp để tạo thành mạng không gian
cho nhựa.
2.4.2. Bột màu
Tạo cho sơn có màu nhất định, quyết định tính năng trang trí của sơn. Chất
màu cho vào sơn dưới dạng bột mịn để tăng độ phân tán của bột màu vào chất tạo
màng. Có nhiều dạng được hình thành từ các oxit kim loại, các muối vô cơ, các hợp
chất màu hữu cơ. Màu trắng: TiO 2, ZnO... Màu xanh lá cây: Cr 2O3, các hợp chất của
Fe(II) và Cr(II).. Màu vàng: PbCrO4, Fe(OH)3... Cac chất màu này chỉ khuếch tán vào
trong sơn, không phản ứng, không tan.

+ Bột màu vô cơ được sử dụng nhiều trong sơn do giá thành thấp, độ bền cơ, độ bền
nhiệt cao. Bột màu vô cơ là các hợp chât vô cơ có màu. Ví dụ: màu đỏ của sơn chống
gỉ là bột oxyt sắt đỏ, màu vàng là hợp chất của Cr, màu đen là màu của than... Nhược
điểm lớn nhất của bột màu vô cơ là lên màu, độ phủ kém, màu xỉn… vì vậy phải dùng
nhiều số lượng bột màu.
19


+

Bột màu hữu cơ là các hợp chất hữu cơ có màu. Ưu điểm của hợp chất hữu cơ là

màu sắc tươi hơn, sáng, độ lên màu cao, độ phủ tốt, vì vậy chỉ sử dụng một lượng nhỏ
bột màu cũng đủ màu cho sơn và bột màu hữu cơ chủ yếu dùng sơn phủ. Tuy nhiên giá
thành bột màu hữu cơ đắt, độ bền nhiệt kém, dễ phân hủy khi gặp nhiệt độ cao, dẫn

đến hiện tượng loang màu sơn, hay còn gọi là hiện tượng “sơn bay”.
+ Các loại bột màu trong công nghiệp sơn chỉ có các loại cơ bản như: trắng, đen, đỏ,
xanh lam… Muốn có màu sắc theo yêu cầu phải trộn các màu cơ bản với nhau theo
nguyên tắc trộn màu.
2.4.3. Bột phụ trợ (bột độn)
Do mục đích làm giảm giá thành của sơn. Ngày nay do phát hiện một số tính
chất tốt như cải thiện cơ tính của màng sơn mà loại bột này gọi là bột phụ trợ. Các loại
bột phụ trợ thường được dùng trong công nghiệp sơn như: bột đá, bột nặng, bột nhẹ…
* Phụ gia:

− Là các thành phần rất nhỏ trong sơn nhưng đóng vai trò cải thiện đáng kể các tính chất
của màng sơn. Các loại phụ gia được sử dụng nhiêu nhất trong sơn là: phụ gia làm
khô, phụ gia chống lắng, chống chảy, tạo độ nhớt giả…
− Chất đóng rắn: Nhiều loại sơn tùy theo yêu cầu mà cần thêm một chất để kích thích
nhanh quá trình làm khô. Khi đó ta cần dùng đến quá trình đóng rắn. Chất đóng rắn
thúc đẩy nhanh quá trình tạo màng. Nếu là sơn khô hóa học ta phải cho thêm chất phụ
gia làm tăng tốc độ phản ứng hóa học.
− Khi nghiền gặp khó khăn do độ nhớt quá lớn ta phải thêm phụ gia là giảm độ nhớt để
quá trình nghiền được dễ dàng hơn.
− Chất chống lắng: Khi sản xuất sơn, bột màu thường lắng xuống đáy, ta phải dùng chất
phụ gia chống lắng. chất phụ gia chống lắng là chất hoạt.
− Chất kết dính: Gồm 3 nhóm chính tùy theo phương thức làm khô để đóng rắn sơn.
2.4.4. Dung môi
Là các chất dễ bay hơi, người ta pha dung môi vào sơn làm cho sơn loãng để
dễ sơn, sơn đều và bóng, sau đó dung môi sẽ nhanh chóng bay hơi. Là các
hydrocacbon mạch thẳng hoặc thơm, xeton, este… dung môi ở đây đóng vai trò tạo ra
môi trường phân tán, tạo ra dạng lỏng cho sơn. Sau khi sơn thì dung môi bay hơi.
Nhiệt độ sôi của dung môi, Ts = 120-200oC, tốc độ bay hơi không quá nhanh,
cũng không quá chậm. Dung môi bay hơi tạo ra sự lãng phí và ô nhiễm. Để giải quyết
vấn đề này người ta thường dùng dung môi là nước hoặc sơn không có dung môi (sơn

ở dạng bột). Nếu dung môi là nước thì trong sơn cần có các nhóm chức phân cực như
sunfat, hydrat,…Dung môi là nước gây khó khăn trong việc chống rêu mốc, chống rỉ.
3. Khoáng sét (clay)
3.1. Giới thiệu chung.
20


Khoáng vật sét là một nhóm có chứa các khoáng vật sau: Kaolinit
(Al2O3.2SiO2.2H2O), Montmorillonit hay còn gọi là Bentoit (Al 2O3.4SiO2.nH2O),
chúng chiếm trên 70% hỗn hợp sét.
Ngoài ra trong thành phần của khoáng sét còn có các loại tạp khoáng như:
Gơtit (Fe(OH)3), Gipxit (Al(OH)3), thạch anh, trùng thạch….và một số hợp chất hữu
cơ do vi sinh vật phân hủy. Bên cạnh đó tất cả các loại khoáng sét đều có chứa nguyên
tố silic, đồng thời nhôm là nguyên tố đứng thứ hai sau silic, còn có các nguyên tố
Fe,Mg …và một lượng nhỏ Na,Ca….
Về ứng dụng của khoáng sét, chúng có vai trò quan trọng trong nhiều lãnh vực
như: sản xuất đồ gốm, xi măng, chế biến dầu mỏ, công nghiệp thực phẩm, xử lý nước,
chất xúc tác trong các phản ứng hữu cơ…
3.2. Cấu trúc và phân loại khoáng sét.

Hình 1: a) Đơn vị cấu trúc tứ diện
b) Đơn vị cấu trúc bát diện
Các tấm tứ diện liên kết thành mạng tứ diện qua nguyên tử oxi theo không gian
hai chiều của hai nguyên tử oxi góp chung nằm trên mặt phẳng và còn được gọi là oxi
đáy. Các oxi đáy liên kết và sắp xếp với nhau tạo nên một “lỗ” sáu cạnh, ở mỗi đỉnh
của sáu cạnh này là một nguyên tử oxi và được gọi là oxi ở đỉnh.

Hình 2: Mạng tứ diện
3.3. Sự thay thế và sự tích điện trong mạng lưới của khoáng sét.
*Sự thay thế ion

Tính chất của sét phụ thuộc rất nhiều vào sự thay thế đồng hình của các cation
nằm trong lớp cấu trúc.
- Ở lớp tứ diện:ion Si4+ trong một số trường hợp được thay thế đồng hình bởi ion Al3+.

- Ở lớp bát diện: ion Mg2+ có thể bị thay thế bởi những ion cóhóa trị 2 và 1 như Fe 2+,
Ni
21

2+ +
3+
,Li . Đối với ion Al có thể bị thay thế bởi những ion có hóa trị 2 và 3 như


Fe

3+ 3+
2+
2+
, Cr , Zn ,Mn .

*Sự tích điện trong mạng lưới của khoáng sét
Khi có sự thay thế đồng hình xảy ra với những ion không cân bằng về điện tích
thì trên các lớp tứ diện và bát diện thì sẽ xuất hiện điện tích âm hoặc dương.

− Nếu cation thay thế và cation bị thay thế có cùng hóa trị thì điện tích mạng lưới sẽ
trung hòa. Đại diện cho loại khoáng sét này là tacl (2:1), kaonilit (1:1),..
− Nếu cation thay thế có hóa trị thấp hơn thì mạng lưới sẽ mang điện tíchâm.
− Điện tích âm xuất hiện ở mạng lưới bát diện là do sự thay thếđồng hình của ion Al 3+
bởi ion Mg2+ứng với tỉ lệ Mg:Al ~ 1:(4-5).
− Điện tích âm xuất hiện ở mạng lưới tứ diện do sự thay thế ion Si4+ bởi ion Al3+ ứng với

3.4.

tỉ lệ Al:Si ~ 1: (15-30).
Tính chất
3.4.1. Tính trương nở
Khoảng cách cơ bản giữa các lớp trong khoáng sét có thể bị thay đổi, nó phụ
thuộc vào lượng nước liên kết nằm ở khoảng không gian giữa các lớp. Ở đó tồn tại các
cation và nếu năng lượng solvate hóa đủ lớn để thắng lực hút giữa các lớp thì khoảng
cách giữa các lớp tăng len và làm sét trương nở.

3.4.2. Tính trao đổi ion
Sự thay đổi ion của sét với dung dịch bên ngoài chủ yếu xảy ra tại lớp cấu trúc.
Sự trao đổi ion được thực hiện hoàn toàn khi cho sét phân tán trong dung dịch muối có
nồng độ thích hợp. Tính axit của đất sét có được là nhờ vào sự trao đổi ion này.
Có 2 nguyên nhân gây nên khả năng trao đổi :
- Sự xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới cấu trúc sẽ được bù trừ bằng cation
trao đổi. Dung lượng ion trao đổi phụ thuộc vào số lượng điện tích âm trên bề mặt. Số
lượng cation càng lớn thì dung lượng trao đổi càng lớn.
- Trong tinh thể sét tồn tại các nhóm OH. Nguyên tử H trong nhóm này trong
điều kiện nhất định có thể tham gia phản ứng trao đổi.

3.4.3. Tính hấp phụ
Sau khi hoạt hóa, thông thường bề mặt khoáng sét luôn xuất hiện đồng thời các
tâm axit Bronsted và tâm acid Lewis ( trên AL 3 trong mạng còn một vân đạo trống ),
đặc biệt là tại cation phân cực hoặc tại những proton ở lớp trung gian thể hiện tính axit
Bronsted khá mạnh. Chính những tâm này là nơi xảy ra các phản ứng và cũng là nơi
có khả năng hấp phụ các chất phân cực hay các chất hữu cơ.
3.5 . Ứng dụng
Về ứng dụng của đất sét, chúng có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực : sản

xuất đồ gốm, xi măng, công nghiệp thực phẩm, xử lý nước, chất xúc tác trong phản
ứng hữu cơ….
22


4. 8-HYDOXYQUINOLINE
4.1. Công thức, cấu tạo
8-hydroxyquinoline là một hệ thống liên hợp, và trong cùng một thời điểm,
một phân tử hydro liên kết nhị chức, mà trong dung môi nó đồng thời cho H ở nhóm
O-H và nhận H ở nguyên tử N.

a) α-8-HQ
b) β-8-HQ
Hình 3: Cấu trúc của 8-hydroxyquinoline
Liên kết O-H và nhóm và nguyên tử N trong vòng có thể tham gia vào một
trạng thái cân bằng tautome keto-enol. Bởi vì khoảng cách quá ngắn giữa nhóm OH và
nguyên tử N trong vòng , 1-5 các nội phân tử và liên kết hydro giữa các phân tử dẫn
đến sự tồn tại nhiều đồng dạng của 8-HQ trong các môi trường khác nhau. Trong hình
3 biểu diễn 2 đồng dạng của 8-HQ là α-8-HQ (liên kết nội phân tử hydro) (hình 3a) và
β-8HQ (không có liên kết nội phân tử hydro) (hình 3b).
Ngoài ra, 8-HQ còn có cấu trúc tautome trong dung môi phân cực (hình 4).

Hình 4: Cấu trúc tautome của 8-HQ
4.2. Ứng dụng của 8-HQ trong việc bảo vệ kim loại, chống ăn mòn.
8-hydroxyquinoline có đặc tính khử trùng. Nó có chức năng như một chất kìm
hãm vi khuẩn và kháng nấm để ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật trên tế bào.
Hơn nữa, nó được sử dụng như một chất ức chế ăn mòn.
Sự ăn mòn của hợp kim nhôm 2024-T3 đã được nghiên cứu trong dung dịch
NaCl 3,5% với 8-HQ. Các kết quả cho thấy, 8-HQ là một chất ức chế có tác dụng bằng
cách ngăn chặn ăn mòn điểm. Tác dụng ức chế ăn mòn của 8-HQ đồng thời đã được

nghiên cứu trong dung dịch NaCl trung tính.
Kết quả là màng bảo vệ được hình thành trên bề mặt bởi sự trùng hợp của phức
hệ Cu(II) – hydroxyquinoline, màng này có tác dụng ngăn chặn các tác nhân ăn mòn
đến bề mặt kim loại, do đó ức chế ăn mòn Cu.
23


5. Thực nghiệm và kết quả
5.1. Tổng hợp clay-8HQ ở pH=7
Dụng cụ:
-

Cân phân tích (độ chính xác 0,00g).

-

Cốc đựng 250ml,1000ml, đũa thủy tinh, thìa lấy hóa chất.

-

Ống đong 250ml

-

Máy khuấy từ, con từ
Bình cầu 3 cổ
Sinh hàn hồi lưu
Phễu chiết
Máy li tâm
Hóa chất :

-

Khoáng sét (clay)
8HQ( 8hydroxy quinoline)
Dung môi(cồn/nước)
Tiến hành :
− Cân 5g Clay cho vào cốc 250ml, thêm 200ml nước cất vào. Cho lên máy khuấy từ
trong 24h. Khi đó các lớp Clay sẽ trương nở và ion Na+ dễ dàng bị tách ra hơn.
− Dung dịch Clay sau khi khuấy đem siêu âm 30 phút.
− Cân 10g 8HQ cho vào cốc 1000ml sau đó hòa tan trong 600ml dung môi gồm 140ml
cồn + 460ml nước cất. Đến khi 8HQ hòa tan hoàn toàn.
− Chuyển dung dịch Clay vào bình cầu 3 cổ, lắp hệ thống sinh hàn, nhỏ từ từ dung dịch
8HQ vào, khuấy tiếp ở 70 oC trong vòng 24h

24


Hình 5. Sơ đồ tổng hợp khoáng sét (clay) biến tính 8HQ

− Sau đó lấy sản phẩm ra và đem li tâm, với tốc độ 6000 vòng/phút, rửa đến khi sạch
hết 8-HQ.
− Lấy chất rắn ra đĩa ( chất rắn sau khi li tâm có màu xanh ), đem sấy khô ở 80 oC tới
khối lượng không đổi. Sau đó đem nghiền mịn và cân lượng Clay-8HQ thu được.

-

Hình 5.2 Clay-8HQ biến tính
5.2. Phương pháp phổ hồng ngoại IR
Phương pháp phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu

quả.
Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ hồng ngoại
vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng
điện từ...) là phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh, không đòi
hỏi các phương pháp tính toán phức tạp.
Kĩ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: Các hợp chất hóa học có khả năng
hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân
tử của hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện dải phổ hấp
thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại.
Khi ta kích thích tia sáng hồng ngoại cho một phân tử ta thu được dải tần số từ
4000 cm-1 đến 400cm-1. Mỗi liên kết, mỗi nhóm chức trong phân tử có khả năng cho
các peak đặc trưng. Từđó cho ta những thông tin về cấu trúc của phân tử đó.
Phổ hồng ngoại được đo trên máy IMPACT 410 – NICOLET – FTIR ở vùng
bước sóng từ 4000cm-1 đến 400cm-1 tại Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới. Bột clay-8-HQ được
đo dưới dạng ép viên với KBr.
Cách đo như sau:
Bước 1: Khởi động máy đo IR và cài đặt các thông số trên máy.
25