Luận án tiến sĩ hóa học 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
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.62 MB, 144 trang )
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
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
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 36 trình thực hiện luận án.
36
Tôi xin được cảm ơn anh chị em tập thể Ứng dụng tin học trong nghiên
cứu hóa học - Viện Hóa học - Viện
37
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.
37
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Ăn mòn, Trung tâm Đánh giá Hư 37 Hỏng
học
Vật liệu và phòng Tổng
hợp
Hữu cơ - 37
Tôi chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, học trò đã quan tâm, động viên
luận án.
39
39
39
40
42
Hà Nội, tháng 05 năm 2012
42
Nghiên cứu sinh
42
42
44
45
Trương Thị Thảo
MỤC LỤC
50
50
Trang
50
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIÉT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH
MỤC HÌNH
51
52
55
55
2.1.1.
Dụng cụ Thiết bị
Viện
Khoa
38
Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
LỜI CẢM ƠN
vật liệu-
55
55
56
62
65
69
và tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành
Điều chế và khảo sát thành phần hóa học các chất ức chế ăn mòn kim loại
Điều chế các chất ức chế Xử lý mẫu lá tươi Chiết mẫu thực vật Tách cao chiết chè trong nước Tách caffein
Phương pháp khảo sát thành phần hóa học mẫu thực vật
Phương pháp sắc ký lớp mỏng
Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân(NMR)
Thực nghiệm khảo sát thành phần hóa học các mẫu thực vật
Phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại
Các phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại
Phương pháp quan sát
Phương pháp tổn hao khối lượng
Các phương pháp điện hóa
Thực nghiệm nghiên cứu ăn mòn kim loại
Các loại mâu kim loại nghiên cứu
Chuân bị mâu kim loại
Chuẩn bị dung dịch
Thử nghiệm
CHƯƠNG 3: KÉT QUẢ THẢO LUẬN
Khảo sát ức chế ăn mòn thép bằng các sản phẩm chiết từ các mẫu thực vật
Chiết mẫu thực vật
Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn thép của các cao chiết thu được
Ánh hưởng của nồng độ cao chiết Ánh hưởng của nồng độ axit Ánh hưởng của thời gian thử nghiệm
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
Ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit bằng các sản phẩm tách từ cao chiết chè trong nước
Tách và khảo sát thành phần hóa học cao chiết chè trong nước Tách cao chiết chè trong nước W(C)
Khảo sát sơ bộ thành phần hóa học các cặn chiết phân đoạn từ cao chiết W(C)
Khả năng ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của các cặn chiết phân đoạn từ cao chiết chè
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
Ảnh hưởng của nồng độ axit và nồng độ cặn chiết Ánh hưởng của thời gian thử nghiệm
Tách caffein và khảo sát khả năng dùng caffein làm chất ức chế ăn
mòn thép CT38 trong môi trường axit
Tách và xác định cofein
Ánh hưởng của nồng độ cofein
Ánh hưởng của nhiệt độ
Ánh hưởng của thời gian thử nghiệm
81
Đề xuất ban đầu cơ chế ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi
trường axit của các chất ức chế
nghiên cứu
81
Cơ chế hấp phụ
81
Nhiệt động học quá trình hấp phụ và quá trình ăn mòn Cơ chế ức chế
82
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÓ TÀI LIỆU
ăn mòn KÉT LUẬN
THAM KHẢO PHỤ LỤC
83
87
87
89
92
92
94
100
101
105
105
110
114
116
118
119
128
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Ký hiệu
AES
AFM
B
C
C
dl
CPE
D
Ý nghĩa
Phổ điện tử Auger
Atomic force microscopy - Kính hiển vi lực nguyên tử
Cặn n-butanol
Nồng độ chất ức chế (g/l)
điện dung lớp kép
Nguyên tố pha
DNA Cặn diclometan
DPD Acid Deoxyribo Nucleic (ADN - tiếng pháp hay DNA - tiếng anh)
E*
E
E
Phương pháp phân cực thế động
Năng lượng hoạt hóa quá trình ăn mòn
am
EA
Thế ăn mòn (Thế mạch hở, thế nghỉ, thế oxy hóa khử) (V)
Cặn etylaxetat
E(C)
Dịch chiết chè trong etanol (cao chiết)
EDS
Phổ tán sắc năng lượng tia X Epigallocatechin-3-ganat Đo tổng trở
EGCG
Năng lượng cộng hưởng từ hạt nhân
EIS
Fourier transform infrared spectroscopy - Quang phổ hồng ngoại chuyển
AE
đổi Fourier
FTIR Biến thiên thế đẳng nhiệt đảng áp quá trình hấp phụ
Cặn hexan
AGhp
H
H (%)
Hiệu quả bảo vệ (%)
Hertz (héc)Tần số
Hz
Biến thiên entanpi quá trình (hấp phụ)
Mật độ dòng ăn mòn (mA/cm2)
AH
Mật đo dòng đo được đáp ứng theo thế áp vào (mA/cm2)
i
am
i
đo
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
K
LSA
Hằng số cân bằng hấp phụ
Viết tắt tên hóa chất - d-lysergic axitamin
M
Nồng độ mol/l
m
Khối lượng (g)
M80(T
)
NR
M
NTG
ppm
Q
hp
R
p
R (R
)
S dd
S
SEM
t
T
UV
v
V
Dịch chiết thuốc lá trong dung môi methanol:nước = 8:2
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
N-(5,6-diphenyl-4,5-dihydro-[1,2,4]ưtriazin-3-yl)guanidin
part of million - Nồng độ một phần triệu g/lít (mg/l)
Nhiệt hấp phụ
Điện trở phân cực (Q)
Điện trở dung dịch
Diện tích (cm )
2
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
Thời gian (phút, ngày)
Nhiệt độ
Utraviolet - Tia tử ngoại hay tia cực tím
Tốc độ ăn mòn
Thể tích (l)
XPS,
ESC
A
W
W(C
)
WDS
Phổ huỳnh quang tia X
WL
Weight lost - tổn hao khối lượng
W(T)
Dịch chiết thuốc lá trong nước
Cặn nước
Dịch chiết chè trong nước
Phôt tán sắc bước sóng tia X
n
Quá thế
p
Hằng số tafel
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
Tên bảng
Trang
Bảng 2.1:
Bảng 2.2:
Bảng 3.1:
Bảng 3.2:
Bảng 3.3:
Bảng 3.4:
Bảng 3.5:
Bảng 3.6:
Bảng 3.7:
Bảng 3.8:
Bảng 3.9:
Bảng 3.10:
Bảng 3.11:
Bảng 3.12:
Bảng 3.13:
Bảng 3.14
HCl 0,01M có mặt cặn Wnồng độ 1g/l theo thời gian ở 25oC
Kết quả phân tích EDS bề mặt thép CT38 ngâm trong dung 91 dịch
HCl 1M có và không có mặt cặn W 5g/l sau 1 giờ ở 25oC
Các thông số quá trình thử nghiệm ăn mòn thép CT38 trong 94 môi
trường HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theo phương
pháp tổn hao khối lượng
Các đặc trưng quá trình ăn mòn thép CT38 trong môi trường 96
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
HCl 1M có mặt caffein nồng độ khác nhau ở 25oC theophương 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 25 oC theo phương pháp
tổng trở
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
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
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)
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
98
100
102
94
110
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Hình
1.1
Hình
1.2
Hình
1.3
Hình
1.4
Hình
1.5
Hình
1.6
Hình
1.7
Hình
1.8
Hình
1.9
Hình
1.10:
Hình
1.11:
Hình
1.12:
Hình
1.13:
Hình
2.1
Hình
2.2
Hình
2.3
Hình
2.4
Hình
2.5
Hình
2.6
Hình
2.7
Hình
2.8
Hình
2.9
Hình
2.10:
Hình
2.11:
Hình
2.12:
Tên hình
Sơ đồ ăn mòn điện hoá của kim loại đặt trong dung dịch chất
điện li
Mô hình quá trình hấp phụ
Liên kết giữa polysaccarit với Fe
Thành phần hóa học chính của dầu Fennel
Cấu trúc phân tử LSA
Cấu trúc hóa học Andrographolid - thành phần chính của dịch
chiết lá Kalmegh
Cấu trúc hóa học NTG
Cấu trúc hóa học của Penicillin V Kali.
Cơ chế hấp phụ của Penicillin với bề mặt thép
Cành, lá, hoa và quả chè.
Các dẫn xuất catechin thường có trong lá chè xanh
Cafein( Cofein )
Cây và hoa thuốc lá.
Sơ đồ tách cao chiết chè trong nước
Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM
Đường phân cực E-I
Đường cong phân cực (E-logi)của kim loại Me trong môi
trường axit
Áp dụng đường phân cực tuyến tính dòng thế
Điện trở phân cực tính từ thực nghiệm
Biểu diễn hình học các phần tử phức
Mạch tương đương trong phổ tổng trở
Tổng trở trên mặt phang phức- Giản đồ Nyquist
Cấu tạo điện cực làm việc
Mẫu thử nghiệm ăn mòn theo phương pháp tổn hao khối lượng
và quan sát bề mặt vi mô
Ngâm mẫu thử nghiệm ăn mòn theo phương pháp tổn hao khối
lượng và quan sát bề mặt vi mô
Tra
ng
6
1
3
2
3
2
3
2
4
2
5
2
7
2
8
2
8
3
1
2
9
2
9
3
4
3
8
4
3
4
6
4
6
4
7
4
7
4
8
4
9
4
9
5
0
5
1
5
2
Hình 2.13:
Hình 3.1:
Hình 3.2:
Hình 3.3:
Hình 3.4:
Hình 3.5:
Hình 3.6:
Hình 3.7:
Hình 3.8:
Hình 3.9:
Hình
3.10:
Hình 3.11:
Hình 3.12:
Hình 3.13:
Hình 3.14:
Hình 3.15:
53
Hệ thống thiết bị: Máy Potentio - galvanostat CPA-HH3
Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 ngâm 60 phút trong 56
môi trường HCl 1M có mặt các cao chiết ở các nồng độ khác nhau
tại nhiệt độ phòng
Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT38 trong dung dịch HCl 1M của 58
các cao chiết với nồng độ khác nhau
Đường cong phân cực dạng log của thép so sánh ngâm 60 phút 60
trong môi trường HCl 1M có mặt các caoh chiết ở các nồng độ
khác nhau tại nhiệt độ phòng
Hiệu quả ức chế ăn mòn thép so sánh trong dung dịch HCl 1M của 61
các cao chiết ở nồng độ khác nhau.
80
Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch 63
HCl 1M có mặt W(C) ở các nồng độ khác nhau
Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch 82
63
HCl 0,01M có mặt W(C) ở các nồng độ khác nhau
83
Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit HCl 63
84
nồng độ khác nhau theo nồng độ cao chiết
Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch
6
HCl 0.01M có mặt cao chiết khác nhau theo thời gian ngâm mâu 86
khác nhau tại 25oC
8
Sự thay đổi tốc độ ăn mòn của thép CT38 trong dung dịch HCl
87
0,01M có mặt cao chiết khác nhau theo thời gian
Tốc độ ăn mòn thép CT38 theo thời gian trong môi trường HCl
69
0,01M có mặt các chất ức chế theo phương pháp tổn hao khối 88
lượng
71
Đường cong phân cực dạng logcủa thép CT38 trong dung dịch 89
HCl 0,01M không và có mặt các chất ức chế theo thời gian ngâm
tại nhiệt độ phòng
72
Đường biểu diễn tốc độ ăn mòn củathép CT38 trong dung dịch 90
HCl 0,01M theo thời gian (Phương pháp điện hóa)
Phổ tổng trở Nyquist của điện cựcthép CT38 trong môi trường HCl 91
74
0,01M có và không có chất ức chế theo thời gian ngâm
Ảnh SEM mẫu thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có các chất 93
74
ức chế khác nhau sau 3 ngày ngâm ở nhiệt độ phòng
Ảnh SEM mẫu thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có các chất
95
ức chế khác nhau sau 6 ngày ngâm ở nhiệt độ
7
phòng
Ảnh SEM mẫu thép CT38 trong dung dịch HCl 0,01M có các 97
chất ức chế khác nhau sau 10 ngày ngâm ở nhiệt độ phòng
Ảnh chụp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C -1H cặn D
99 8
100
7
9
102
Sắc ký lớp mỏng các cặn EA,B và W so với chất chuẩn
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
Tốc độ ăn mòn thép CT38 ngâm 60 phút tại 25 oC trong các
dung dịch HCl có mặt các chất ức chế khác nhau
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
Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch
HCl 1M có mặt cặn W ở các nồng độ khác nhau
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.
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
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
Ảnh chụp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C -3H của caffein tách
trực tiếp từ chè xanh
Đường cong phân cực dạng log của thép CT38 trong dung dịch
HCl 1M có mặt caffein ở các nồng độ khác nhau
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 ở25oC
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
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
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
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
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
Hình 3.34: Mô hình tương tác giữa chất bị hấp phụ với bề mặt kim loại
chất ức chế khác
Hình 3.35: Đường hấp phụ đắng nhiệt Langmuir của các
nhau lên thép CT38 trong dung dịch HCl ở 25oC
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
1
03
103
108
109
113
1
4
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
hại của chúng
cấm sử
dụng
do
với con
người
và
ảnh hưởng
độc
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
1
5
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.
-
Bước
đầu giải thích cơ chế ức chế ăn mòn của các chất ức chế thử
nghiệm và tính toán các thông số nhiệt động học của quá trình.
Điểm mới của luận án:
-
Đây là luận án đầu tiên ở Việt Nam tiến hành nghiên cứu về khả năng ức chế ăn
mòn kim loại của một số chất ức chế xanh thân thiện môi trường.
1
6
-
Chiết, tách được một số chất ức chế ăn mòn có hiệu quả khá cao từ các cây trồng
phổ biến tại địa phương: Cao chiết thuốc lá trong nước, cao chiết chè trong nước,
cặn nước của cao chiết chè trong nước, caffein trong chè. Kết quả cho thấy hiệu
quả ức chế của các chất khảo sát là có thể so sánh với chất ức chế hóa học truyền
thống như urotropin. Đây là cơ sở cho việc tiến tới ứng dụng các chất ức chế xanh
trong bảo vệ chống ăn mòn kim loại.
-
Chứng tỏ quá trình ức chế ăn mòn thép của các dịch chiết cây trồng theo cơ chế
hấp phụ vật lý đơn lớp. Quá trình hấp phụ này tuân theo quy luật hấp phụ đẳng
nhiệt Langmuir có hiệu chỉnh hệ số tuyến tính.
-
Tính toán các thông số nhiệt động học quá trình ăn mòn và quá trình hấp phụ của
chất ức chế. Chứng minh được quá trình hấp phụ là quá trình tự diễn biến (AG<0),
tỏa nhiệt (AH>0), năng lượng hoạt hóa quá trình ăn mòn tăng khi dung dịch có mặt
chất ức chế.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Luận án đã khảo sát bằng thực nghiệm một cách hệ thống về khả năng ức chế
chống ăn mòn đối với thép cacbon thấp trong môi trường axit của các cao chiết chè, thuốc
Nguyên.
nghiệm đã
lá,
một
số
Số
liệu
thực
sản phẩm tách
chứng minh có thể hạn chế ăn mòn thép cacbon
từ chè
Thái
thấp trong môi
trường axit bằng cao chiết chè, thuốc lá cũng như một số sản phẩm tách được từ chè. Kết
quả chỉ rõ các thông số thực nghiệm về điều kiện bảo vệ ức chế ăn mòn như nồng độ, thời
gian, nhiệt độ cũng như phương pháp tiến hành thực nghiệm và tính toán kết quả. Luận án
cũng tính toán được các thông số nhiệt động học quá trình hấp phụ, quá trình ăn mòn và ức
chế ăn mòn. Có thể thấy đây là các số liệu mới có giá trị, đóng góp cả về mặt thực tiễn và
lý thuyết cho chuyên ngành nghiên cứu hấp phụ, xử lý bề mặt và bảo vệ kim loại.
Hơn nữa, kết quả luận án còn góp phần định hình một hướng nghiên cứu mới, phù
hợp với xu thế chung trên thế giới cũng như các điều kiện của Việt Nam: Tìm kiếm, thử
nghiệm các chất ức chế xanh thân thiện môi trường. Luận án còn đóng góp vào việc khẳng
định khả năng tự điều chế các chất ức chế ăn mòn, đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu và
hướng tới việc ứng dụng trong nước.
Cấu trúc luận án
1
7
Phần mở đầu: giới thiệu lý do chọn đề tài, mục đích, ý nghĩa khoa học của luận án.
Chương 1: Tổng quan
1) Tổng quan về ăn mòn kim loại, các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại.
2) Chi tiết về ức chế ăn mòn kim loại và ức chế xanh.
Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu
1) Hóa chất, dụng cụ, thiết bị.
2) Điều chế và khảo sát thành phần hóa học các chất ức chế ăn mòn kim loại.
3) Phương pháp nghiên cứu ăn mòn kim loại.
Chương 3: Kết quả và thảo luận.
1) Khảo
sát khả năng ức chế ăn mòn thép cacbon
bằng các sản phẩm
chiết từ các mẫu thực vật.
2) Ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit bằng các cặn phân đoạn tách từ
cao chiết chè trong nước.
3) Đề xuất ban đầu cơ chế ức chế ăn mòn thép CT38 trong môi trường axit của các
chất ức chế nghiên cứu.
Phần kết luận trình bày các kết quả chính của luận án.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.
TỔNG QUAN VỀ ĂN MÒN KIM LOẠI
1.1.1
Định nghĩa ăn mòn kim loại
Có nhiều cách định nghĩa ăn mòn kim loại [1-5,21-23]:
Sự ăn mòn kim loại là quá trình làm giảm chất lượng và tính chất của kim loại do
sự tương tác của chúng với môi trường xâm thực gây ra.
Hoặc, Ấn mòn kim loại là một phản ứng không thuận nghịch xảy ra trên bề mặt giới
hạn giữa vật liệu kim loại và môi trường xâm thực được gắn liền với sự mất mát hoặc tạo
ra trên bề mặt kim loại một thành phần nào đó do môi trường cung cấp.
Nếu xem hiện tượng ăn mòn kim loại xảy ra theo cơ chế điện hoá thì sự ăn mòn kim
loại có thể định nghĩa như sau: Ấn mòn kim loại là một quá trình xảy ra phản ứng ôxy hoá
khử trên mặt giới hạn tiếp xúc giữa kim loại và môi trường chất điện li, nó gắn liền với sự
chuyển kim loại thành ion kim loại đồng thời kèm theo sự khử một thành phần của môi
trường và sinh ra một dòng điện.
1
8
1.1.2
Phân loại ăn mòn
Có nhiều cách phân loại ăn mòn kim loại[1-5,21-23]:
a) Phân loại theo bản chất quá trình.
Theo bản chất quá trình, ăn mòn thường chia hai loại:
Ăn mòn hoá học:Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do kim loại
phản ứng với các chất khí (O ; Cl ...) và hơi nước ở nhiệt độ cao.
2
2
Fe +
3Cl T° ► 2FeCl
2
2
3
(x+2y)Fe + (x+3y)/2 O —T—► xFeO.yFe O 3Fe +
2
4H2O(h)
2
3
T
° ► Fe3O4 + 4H2T
Bản chất của ăn mòn hoá học là quá trình ôxy hoá khử, trong đó các electron của
kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất ôxy hóa trong môi trường.
Ăn mòn điện hoá: Ăn mòn điện hoá là quá trình phá huỷ kim loại tự diễn biến khi
kim
loại tiếp xúc với dung dịch điện li làm phát sinh dòng
điện giữa
vùng anot và vùng catot.
Bản chất của ăn mòn điện hoá là một quá trình ôxy hoá khử xảy ra trên bề mặt giới
hạn hai pha kim loại/dung dịch điện li. Khi đó kim loại bị hoà tan ở vùng anot kèm theo
phản ứng giải phóng H2 hoặc tiêu thụ O2 ở vùng catot, đồng thời sinh ra dòng điện tạo
thành một pin điện khép kín (Hình 1.1).
Hình 1.1: Sơ đồ ăn mòn điện hoá của kim loại đặt trong dung dịch chất điện li
[3]
Để xảy ra ăn mòn điện hóa, ba yếu tố cần thiết là: Dung dịch điện ly, anot và catot.
1
9
* Anot: Anot là khu vực mà tại đó kim loại bị ăn mòn hay kim loại bị hòa tan (quá trình
ôxy hoá):
M ^ Mn+ + ne
Tại anot, kim loại chuyển thành ion tách khỏi bề mặt kim loại đi vào dung dịch và
để lại electron trên bề mặt kim loại. Do đó, bề mặt kim loại dư điện tích âm hơn. Các
electron ở vùng anot được chuyển dần đến vùng catot.
*Catot: Catot là nơi xảy ra sự tiêu thụ electron (qúa trình khử) bởi các tác nhân ôxy hóa:
Ox + ne -> sản phẩm
Nếu quá trình catot hay trong dung dịch điện ly xuất hiện các ion có khả năng tạo
kết tủa với cation kim loại bị hòa tan thì sẽ xảy ra kết tủa sản phẩm ăn mòn trên bề mặt
kim loại.
Ví dụ:
Fe3+ + PO43- ^ FePC>4
b) Phân loại theo đặc trưng phá hủy bề mặt:
Ăn mòn đều
Ví dụ: sự ăn mòn thép cacbon trong khí quyển, sự ăn mòn kẽm trong môi trường
axit là các quá trình ăn mòn đều.
Trong ăn mòn đều, tác nhân ăn mòn tấn công với tốc độ như nhau trên toàn bề mặt
kim loại, độ dày kim loại giảm thống nhất. Điều kiện cần đạt được ăn mòn đều là:
-
Kim loại và dung dịch trong cùng một môi trường.
-
Phản ứng giữa kim loại và tác nhân ăn mòn tạo sản phẩm tan vào dung dịch.
Sự ăn mòn đều có thể bị thay đổi khi bề mặt kim loại chuyển từ thụ động sang hoạt
động do một ảnh hưởng cơ học, thay đổi tốc độ dòng chảy hay một thay đổi hóa học trong
môi trường.
Ăn mòn cục bộ
Ăn mòn cục bộ bao gồm các dạng ăn mòn không đều như ăn mòn điểm, ăn mòn lỗ,
ăn mòn vết,
ăn
mòn
hố, ăn
dưới
lớp
phủ,....
mòn ven tinh thể, ăn
mòn
Các dạng ăn mòn này xảy ra khi màng thụ động hay lớp bảo vệ bị phá hủy ở một vài khu
vực dẫn tới sự tạo thành các vùng anot nhỏ. Cường độ ăn mòn có thể quan sát được tại các
khu vực này vì phần còn lại của bề mặt bị ăn mòn ở tốc độ thấp hơn nhiều. Tuy nhiên, do
2
0
màng ôxit bị phá hủy, vùng anot nhỏ hơn so với vùng catot khá lớn làm tăng tỷ lệ diện tích
catot/anot, tỷ lệ này xác định mức độ ăn mòn cục bộ và ăn mòn pitting. Ăn mòn cục bộ
cũng xảy ra khi vật liệu được bảo vệ bằng lớp phủ mà lớp phủ có một vài khiếm khuyết,
các khiếm khuyết sẽ là nơi xảy ra ăn mòn cục bộ. Ăn mòn cục bộ cũng xảy ra dưới lớp kết
tủa giữa hai pha kế tiếp nhau. Khu vực nhỏ này có môi trường rất khác so với toàn khối
vật liệu gây ra ăn mòn khe
Một số yếu tố quan trọng gây ăn mòn cục bộ:
-
Sục khí khác nhau: dạng sục khí khác nhau làm nồng độ ôxy không đồng nhất
trong pin ăn mòn, tạo ra các khu vực có nồng độ ôxy cao hơn hay thấp hơn. Ôxy
chuyển vào dung dịch nhờ khuếch tán và đối lưu. Vùng giàu ôxy hơn sẽ thành
catot và vùng ít ôxy hơn chuyển thành anot và gây ra ăn mòn.
-
Giá trị pH trên các vùng khác nhau.
-
Tăng tỉ lệ diện tích khu vực catôt/anôt
-
Tính chất
và ảnh hưởng của sản phẩm ăn mòn, tạp chất ô nhiễm trong
dung dịch.
-
Thế áp dụng.
-
Nhiệt độ.
-
Thành phần khối dung dịch.
-
Thành phần và vi cấu trúc của hợp kim.
-
Thành phần, cấu trúc màng ôxit.
-
Dạng hình học của vật liệu.
1.1.3.
Khái quát về thép
Thép là hợp kim của sắt (Fe) với cacbon (C) từ 0,02 đến 2,06% theo trọng lượng
và một số nguyên tố hoá học khác (Mn, Cr, Ni...) [3,6,7].
Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục
đích kiểm soát các
uốn và
mục tiêu chất lượng như: độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ
sức bền kéo đứt. Hàm lượng
khác nhau.
a) Sự ăn mòn thép cabon
các nguyên tố khác nhau tạo ra loại thép
2
1
Thép cacbon là thép có hai thành phần chính là sắt và cacbon, hàm lượng các
nguyên tố khác có mặt không đáng kể. Thép cacbon được chia thành thép mềm (thép
cacbon thấp, %mc <0,29%), thép cacbon trung bình (%mc <0,59%), thép cacbon cao
(%mc <0,99%), thép cacbon đặc biệt (%m c = 1-T 2%). Đây là loại vật liệu được dùng phổ
biến trong xây dựng.
Trong không khí ẩm, ở nhiệt độ thường (trên bề mặt thép có màng nước) quá trình
ăn mòn xảy ra theo cơ chế điện hoá:
Phản ứng anot:
Fe + HOH ^ FeOH+ + H+ +2e FeOH+ +
HOH ^ FeOOH + 2H+ +2e
Phản ứng này khống chế sự ăn mòn thép trong khí quyển.
Phản ứng catot:
FeOOH + e ^ Fe3O4 + H2O + OHTiếp theo:
Fe3O4 +-O2 +3H2O ^ 3FeOOH
Trong không khí, FeOH+ và OH- tác dụng với ôxy và nước tạo thành hydrôxit, ôxit
sắt (II) và ôxit sắt (III) và chúng tạo thành lớp rỉ sắt. Theo thời gian rỉ sắt
triển
thành các
lớp
xốp và làm
phát
giảm tốc độ ăn mòn thép. Nếu
trong không khí có tạp chất, ví dụ: Cl- ở vùng ven biển, sự hấp thụ Cl- của các lớp rỉ làm
thay đổi hình thái lớp rỉ, đôi khi làm tăng tốc độ ăn mòn thép.
Trong môi trường axit, tốc độ ăn mòn thép phụ thuộc vào phản ứng catôt và thép bị
ăn mòn đáng kể nếu không được bảo vệ
b) Sự ăn mòn thép hợp kim thấp
Thép hợp
kim thấp gồm sắt và một lượng nhỏ khoảng dưới 2% các
nguyên tố hợp kim Cu, Ni, Cr, P: có độ bền chống ăn mòn cao đối với môi trường ăn mòn
khí quyển.
Trên bề mặt của thép hợp kim thấp tạo ra lớp ôxit Fe 3O4 có cấu trúc sít chặt ngăn
cản sự
tác
động
quá trình
rỉ hoá tiếp
của
môi
trường
làm giảm
theo.
Lớp bảo vệ này bền trong môi trường khí quyển hay khi thay đổi thời tiết. Thép này được
2
2
gọi là “thép thời tiết” và được dùng rộng rãi trong công nghiệp.
Khi có mặt ion Cl- trong các vùng khí hậu biển và ven biển hoặc khi nhúng vào
nước, lớp ôxit này không bền vững. Trong điều kiện khí hậu biển thường sử dụng thép hợp
kim hoá chứa các nguyên tố Ni, Cr, hoặc Mo.
Thép hợp kim thấp nhạy cảm với hiện tượng ăn mòn nứt khi tiếp xúc với các môi
trường chứa các ion NO3-, OH-, và NH3 lỏng.
1.2.
CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI
Nghiên cứu các biện pháp chống ăn mòn kim loại nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ
các cấu kiện, các công trình và thiết bị có ý nghĩa khoa học và đặc biệt đem lại hiệu quả
kinh tế đáng kể. Các biện pháp đã và đang áp dụng hiện nay [15,21] gồm:
1.2.1.
Thiết kế hợp lý
Để hạn chế ăn mòn, trong quá trình thiết kế và lắp ráp cần tuân thủ các quy tắc sau:
-
Tránh tạo nên các vùng có tính chất khác nhau, kể cả các vùng có tính chất khác
nhau cục bộ về nhiệt độ, áp xuất, tiếp xúc với các dung dịch có nồng độ khác nhau.
Tránh tạo nên các khe, các rãnh đọng nước.
-
Có những phần thiết kế bắt buộc phải dùng các vật liệu dễ bị ăn mòn trong điều
kiện vận hành, khi thiết kế phải lưu ý biện pháp thay thế hoặc sửa chữa
-
Nhà
chế tạo phải tuân thủ nghiêm ngặt, không được tùy tiện thay đổi
phương án thiết kế nếu chưa có đầy đủ yếu tố về phương diện ăn mòn.
1.2.2
Lựa chọn vật liệu thích hợp
Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu với các tính chất khác nhau trong các môi trường
làm việc khác nhau. Tùy theo môi trường làm việc sẽ có sự lụa chọn loại vật liệu tối ưu
nhất. Có thể kể ra các vật liệu chính hiện nay là: Thép cacbon; Thép hợp kim thấp; Thép
không gỉ; đồng và các hợp kim đồng; titan và hợp kim titan; niken và hợp kim niken; ...
1.2.3.
Xử lý môi trường
Có hai hướng xử lý môi trường thông dụng;
- Loại trừ cấu tử gây ăn mòn có trong môi trường như H+, O2, hơi nước, NOx,... bằng
các phương pháp vật lý hoặc hóa học.
- Sử dụng chất ức chế ăn mòn: đưa thêm một chất từ bên ngoài vào hệ mà có tác
dụng làm giảm quá trình ăn mòn.
2
3
1.2.4.
Tạo lớp phủ bảo vệ
Biện pháp này nhằm ngăn cách kim loại tiếp xúc với môi trường ăn mòn bằng các
lớp phủ. Các lớp phủ thường dùng là lớp phủ kim loại, ví dụ kẽm trên nền thép; lớp phủ vô
cơ: lớp muối photphat các kim loại Mn, Fe, Zn,... lên trên nền thép; lớp phủ phi kim loại
như sơn, vecni, tráng men, polyme,...
1.2.5.
Phương pháp điện hóa
Nguyên tắc: dịch chuyển thế về phía âm nằm trong miền thế loại trừ ăn mòn bằng
phân cực bởi dòng ngoài hoặc tự phân cực của sự khép kín pin ăn mòn (anot hy sinh),
hoặc có thể tạo lớp thụ động trên mặt kim loại bằng sự phân cực anot.
1.3.
SỬ DỤNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM
1.3.1.
Giới thiệu về chất ức chế chống ăn mòn kim loại
LOẠI
Chất ức chế chống ăn mòn là các chất khi thêm một lượng nhỏ vào môi trường làm
việc của kim loại, nó sẽ có tác dụng làm giảm đáng kể tốc độ ăn mòn kim loại [21,22].
Từ rất
sớm, việc bảo vệ sắt bằng bitum và hắc ín đã được thực hiện bởi
người Roman cổ đại. Việc sử dụng chất ức chế ăn mòn để bảo vệ kim loại có thể đã được
bắt đầu vào nửa cuối thế kỷ 19. Marangonivaf Stefanelli đã dùng chất chiết xuất từ keo,
galatin, cám gạo để ức chế ăn mòn sắt trong axit, đây là kết quả của hàng thập kỷ nghiên
cứu. Thành quả đầu tiên này đưa Baldwin đến xem xét việc dùng mật mía và dầu thực vật
cho tẩy các tấm thép trong axit [22].
Nói chung, bất kỳ quá trình làm chậm ăn mòn nào cũng có thể xem xét là ức chế ăn
mòn. Chất ức chế ăn mòn thêm vào hệ có thể ở dạng lỏng hoặc dạng hơi hoặc cả hai.
Chất ức chế ăn mòn được sử dụng rộng rãi để bảo vệ bên trong đường ống, bình
chứa thép cacbon, cũng như cho các vật liệu khác như thép hợp kim, lớp phủ... Các ngành
công nghiệp sử dụng ức chế chống ăn mòn kim loại nhiều là: công nghiệp khai thác khí và
dầu, tinh chế dầu, sản xuất hoá chất, công nghiệp nặng, xử lý nước, giao thông vận tải, vỏ
tầu, cầu đường... Chất ức chế tạo thành một lớp bảo vệ in situ bằng cách phản ứng với
dung dịch hay với bề mặt ăn mòn. Sự ức chế ăn mòn là thuận nghịch và một hàm lượng tối
thiểu của hợp chất ức chế phải có mặt để duy trì màng chất ức chế bảo vệ bề mặt. Để duy
trì nồng độ tối thiểu chất ức chế cần có sự lưu thông tốt và không có vùng ứ đọng nào
trong hệ. Đôi khi người ta sử dụng hỗn hợp hai hay nhiều chất ức chế để tăng hiệu quả bảo
vệ. Một số yếu tố như giá cả, lượng, độ an toàn với môi trường, quan trọng nhất là hiệu
2
4
quả và khả năng dễ ứng dụng cần xem xét khi lựa chọn một chất ức chế [22,81-84].
1.3.2.
Cơ chế hoạt động của chất ức chế ăn mòn kim loại
Tùy theo bản chất quá trình gây ức chế ăn mòn kim loại mà cơ chế hoạt động của
chất ức chế thường được chia hai loại [3,22,23]:
Tác động hấp phụ của chất ức chế trên bề mặt kim loại.
Hấp phụ là quá trình tích lũy chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ. Tùy theo bản
chất liên kết giữa chất bị hấp phụ (CBHP) và chất hấp phụ (CHP) mà người ta chia ra hấp
phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ mà bản chất liên kết
giữa CHB và CBHP là lực vật lý, chủ yếu mang bản chất tĩnh
điện cực trái dấu
hút nhau,lực
điện
liên kết yếu,
giữa hai
mang tính
thuận nghịch và giảm khi nhiệt độ tăng; năng lượng tự do quá trình hấp phụ thường nhỏ (|
AG° I < 20kJ/mol); sự hấp phụ có thể là đơn lớp hoặc đa lớp. Hấp phụ hóa học là quá trình
hấp phụ mà giữa CHP và CBHP có xu hướng hình thành liên kết hóa học, do đó không có
tính thuận nghịch, thường tăng khi nhiệt độ tăng, năng lượng tự do quá trình hấp phụ
thường lớn, (|AGo I > 40kJ/mol); sự hấp phụ thường là đơn lớp [8].
Trong ức
chế ăn mòn, lượng chất ức chế hấp phụ lên bề mặt kim loại
thường không lớn do lượng chất ức chế chỉ sử dụng với lượng nhỏ. Do đó, khi
hấp phụ lên trên bề mặt kim loại, giữa chất ức chế và kim loại phải tạo được liên kết bền,
sao cho chất ức chế tạo thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt kim loại cần bảo vệ. Trong
một số trường hợp có thể tạo thành lớp kép. Lớp chất hấp phụ này che phủ bề mặt, cản trở
sự tấn công của tác nhân ăn mòn và/hoặc cản trở quá trình khuếch tán sản phẩm ăn mòn
(ion kim loại) ra khỏi bề mặt kim loại dẫn tới giảm hòa tan kim loại chứ không tham gia
vào các phản ứng của quá trình ăn mòn, không làm thay đổi cơ chế quá trình ăn mòn. Các
phân tử ức chế hấp phụ hoá học không thuận nghịch có hiệu quả ức chế thường cao hơn so
với hấp phụ vật lí [21-23].
2
5
Hình 1.2: Mô hình quá trình hấp phụ [23]
Tác dụng của chất ức chế lên phản ứng của điện cực:
Chất ức chế khi đưa vào môi trường làm việc có mặt kim loại thì sẽ xảy ra tương tác
giữa giữ chất ức chế với kim loại. Quá trình làm giảm tốc độ ăn mòn có thể do những
nguyên nhân sau:
+ Chất ức chế làm tăng thế phân cực anot hay catot.
+ Chất ức chế gây giảm tốc độ khuếch tán ion tới bề mặt kim loại.
+ Chất ức chế làm tăng điện trở của bề mặt kim loại.
Các chất ức chế này có thể tham gia vào quá trình phản ứng làm thay đổi cơ chế ăn
mòn của vật liệu trong môi trường xác định. Tùy theo vùng tác động khác nhau mà chất ức
chế có thể được chia thành chất ức chế anot (hạn chế phản ứng anot), chất ức chế catot
(hạn chế phản ứng catot), chất ức chế hỗn hợp (hạn chế cả phản ứng anot và phản ứng
catot).
Về mặt bản chất, chất ức chế chống ăn mòn dù là chất
hay hỗn
hợp anot-catot đều do sự hấp phụ của chúng lên bề
ức chế anot, catot
mặt kim loại, làm
thay đổi động học của các phản ứng điện cực, do đó tác động lên động học của quá trình
ăn mòn. Như vậy, trong thành phần của chất ức chế phải có các nhóm chức có khả năng
hấp phụ lên bề mặt kim loại làm thay đổi quá trình điện hóa.
1.3.3.
Phân loại chất ức chế ăn mòn kim loại
Các chất ức chế ăn mòn có thể phân chia thành [22,23]:
Chất ức chế thụ động (chất ức chế anot)
Chất ức chế thụ động đều là các chất ức chế anot. Chúng làm cho đường cong phân
cực anot lệch về phía dòng thấp hơn. Chúng có khả năng gây thụ động bề mặt kim loại. Có
hai loại chất ức chế thụ động: anion có tính ôxy hóa và anion không có tính ôxy hóa,
