Phân tích, đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường axit của hỗn hợp br hoặc i với CAFFEINE bằng phương pháp phân tích hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

BÙI ĐỨC DÂN

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ
ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA
HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Thái Nguyên - 2018

i


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

BÙI ĐỨC DÂN

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ
ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA
HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
HIỆN ĐẠI

Chuyên ngành : Hóa phân tích
Mã số

: 8 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trương Thị Thảo

Thái Nguyên - 2018

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được khoá luận Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
giảng viên TS.Trương Thị Thảo đã giao đề tài, hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo,
truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình hoàn
thành khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong tổ bộ môn hóa Phân
tích, các thầy giáo, cô giáo hướng dẫn phòng thí nghiệm thuộc khoa Hóa học trường ĐH Khoa Học- Đại Học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi
trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ, anh chị em và bạn
bè đã quan tâm, động viên tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2018
Học viên

Bùi Đức Dân

3

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix
MỞ

ĐẦU

.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................3
1.1. ĂN MÒN KIM LOẠI ..........................................................................................3
1.1.1. Định nghĩa......................................................................................................3
1.1.2. Phân loại ........................................................................................................3
1.1.3. Đặc điểm ăn mòn thép ...................................................................................4
1.1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI ..............5
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĂN MÒN KIM LOẠI ........................11
1.2.1. Phương pháp phân tích ................................................................................11
1.2.2. Phương pháp điện hóa .................................................................................19
1.2.3. Phương pháp quan sát vi mô SEM ..............................................................29
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ................................................................................30
2.1. TRANG THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ..................................................30
2.1.1.Trang thiết bị.................................................................................................30
2.1.2. Dụng cụ ........................................................................................................30
2.1.3. Hoá chất .......................................................................................................30
2.2. THỰC NGHIỆM................................................................................................31
2.2.1. Chuẩn bị dung dịch nghiên cứu ...................................................................31
2.2.2. Thực nghiệm theo phương pháp phân tích ..................................................32
2.2.3. Thực nghiệm theo phương pháp điện hóa ...................................................37
CHƯƠNG

3:
KẾT
QUẢ
............................................................39

VÀ

THẢO

LUẬN

3.1. MỘT SỐ YẾU TỐ TRONG THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG
KIM LOẠI SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP F–AAS .................................................39
3.2. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG
DỊCH HCl 1M THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH............................................40
4


3.2.1. Khả năng ức chế ăn mòn của kalibromua....................................................40
3.2.2. Khả năng ức chế ăn mòn của hỗn hợp caffeine và Kalibromua ..................41
3.2.3. Khả năng ức chế ăn mòn của Kali iođua và hỗn hợp cafeine- KI ...............44
3.3. THẢO LUẬN VÀ CƠ CHẾ ĂN MÒN ỨC CHẾ ĂN MÒN ............................46
3.3.1. Đánh giá khả năng hấp phụ của Br- và I- lên bề mặt thép ...........................46
3.3.2. Nghiên cứu hoạt động điện hóa của hệ ăn mòn...........................................48
KẾT LUẬN ...............................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................52

5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

HCL

Đèn catot rỗng

EDL

Đèn phóng không điện cực

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

SE

Điện tử thứ cấp

BSE

Điện tử tán xạ ngược

6


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Đường phân cực của hệ sắt bị ăn mòn trong môi trường axit loãng
không chứa oxi .................................................................................................. 8
Hình 1.2: Sơ đồ bảo vệ catot bằng dòng ngoài ................................................. 9
Hình 1.3. Sơ đồ bảo vệ ăn mòn bằng anot hy sinh ......................................... 10

Hình 1.4 Sơ đồ đo Eam theo thời gian 30
Hình 1.5 Sự biến đổi Eam theo thời gian......................................................... 20
Hình 1.6. Sơ đồ thiết bị đo đường phân cực (Galvanostatic) ........................ 22
Hình 1.7. Đường phân cực i - f(E) .................................................................. 22
Hình 1.8. Đường cong phân cực của kim loại Me trong môi trường axit ...... 23
Hình 1.9. Sơ đồ đo đường phân cực theo phương pháp thế tĩnh .................... 24
Hình 1.10: Đường cong phân cực  E - f(i) ..................................................... 25
Hình 1.11: Biểu diễn hình học các phần tử phức............................................ 27
Hình 1.12: Tổng trở trên mặt phẳng phức....................................................... 28
Hình 2.1: Cấu tạo điện cực làm việc ............................................................... 37
Hình 3.1. Đường chuẩn xác định nồng độ sắt theo phương pháp AAS.......... 39
Hình 3.2: Ảnh hưởng của bromua tới hiệu quả bảo vệ thép CT3 trong dung
dịch HCl 1N .................................................................................................... 41
Hình 3.3: Hiệu quả bảo vệ thép CT3 trong môi trường HCl 1N khi có mặt hỗn
hợp caffeine 5,00 g/l – bromua ....................................................................... 42
Hình 3.4: Ảnh SEM mẫu thép CT3 trong dung dịch HCl 1M có các chất ức
chế khác nhau sau giờ ngâm ở nhiệt độ phòng. .............................................. 43
Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt một số mẫu thép ngâm 60 phút trong các dung
dịchăn mòn có hỗn hợp ức chế caffeine và I- ở 250C ..................................... 45
Hình 3.6. Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Lnagmuir của I- và Br- lên bề mặt
thép CT3 trong dung dịch HCl 1M ................................................................. 47
Hình 3.7. Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Lnagmuir của hỗn hợp I- hoặc Brvới caffeine lên bề mặt thép CT3 trong dung dịch HCl 1M ........................... 48

vii


Hình 3.8: Đường cong phân cực (a) và giản đồ Nyquist (b)của thép CT3 trong
dung dịch HCl 1M khi không và có mặt hỗn hợp caffeine 5,0 g/l và Br- ở
nồng độ khác nhau .......................................................................................... 49
Hình 3.9: Đường cong phân cực (a) và giản đồ Nyquist (b) của thép CT3 trong

dung dịch HCl 1M khi không và có mặt hỗn hợp I- 1,0 g/l và caffeine ở nồng
độ khác nhau.................................................................................................... 49
Hình 3.10: Đường cong phân cực (a) và giản đồ Nyquist (b)của thép CT3
trong dung dịch HCl 1M khi không và có mặt hỗn hợp I- 5,0 g/l và caffeine ở
nồng

độ

nhau.................................................................................................... 49

8

khác


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các thông số kĩ thuật của anot hy sinh ........................................... 11
Bảng 2.1: Pha chế các dung dịch ức chế độc lập ............................................ 31
Bảng 2.2: Pha chế 100ml dung dịch ức chế hỗn hợp...................................... 32
Bảng 2.3: Các thông số của phép đo xác định hàm lượng sắt trong dung dịch
bằng phép đo AAS .......................................................................................... 33
Bảng 2.4: Thành phần % về khối lượng các nguyên tố trong thép CT3 ........ 35
Bảng 3.1: Độ hấp thụ của các dung dịch sắt chuẩn ở các nồng độ khác nhau 39
Bảng 3.2: Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của Brở các nồng độ khác nhau ................................................................................. 40
Bảng 3.3: Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M của
hỗn hợp caffeine - bromua .............................................................................. 42
Bảng 3.4. Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1N của
dung dịch KI và của hỗn hợp cafeine - KI ...................................................... 44

9

MỞ ĐẦU
Trong tiến trình phát triển của Khoa học và công nghệ, bên cạnh sự ra
đời của những vật liệu mới, chúng ta vẫn không thể phủ nhận vai trò vô cùng
quan trọng của kim loại trong hầu hết mọi lĩnh vực của cuộc sống. Nhưng
ngay từ khi bắt đầu sử dụng kim loại con người đã phải đối mặt với vấn đề:
kim loại sau một thời gian làm việc đã bị han gỉ, mòn vẹt, tính năng sử dụng
bị suy giảm. Theo[5] tổng kết: Khối lượng kim loại bị ăn mòn, biến chất
chiếm gần 1/3 tổng sản lượng kim loại sản xuất được dùng hàng năm trên thế
giới. Trong số đó khoảng trên 2/3 số kim loại này có thể tái sử dụng được.
Ngoài thiệt hại trực tiếp về vật chất, ăn mòn kim loại còn gây những thiệt hại
gián tiếp khác như: Thiếu an toàn lao động, giảm độ bền máy móc, chất lượng
sản phẩm, gây ô nhiễm môi trường, chưa kể đến những chi phí sửa chữa máy
móc, trang thiết bị bằng kim loại.
Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc nghiên cứu ăn
mòn và bảo vệ kim loại là rất cần thiết. Có nhiều biện pháp khác nhau để hạn
chế đến mức thấp nhất những thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra. Một trong
các biện pháp đó là sử dụng các chất ức chế để bảo vệ kim loại bị ăn mòn.
Đây là một phương pháp khá đơn giản nhưng hiệu quả cao, tăng tuổi thọ công
trình và vật liệu lên từ 2 đến 5 lần.
Trong những năm trở lại đây việc nghiên cứu và áp dụng các chất ức
chế ăn mòn được nhiều nhà khoa học, các trung tâm nghiên cứu trong và
ngoài nước quan tâm và thực hiện trên phạm vi rộng, hướng tới sử dụng các
ức chế xanh an toàn và thân thiện với môi trường. Đặc biệt là khả năng kết
hợp giữa các chất vô cơ và các chất hữu cơ để làm tăng hiệu quả ức chế ăn
mòn thép. Nối tiếp các kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế ăn mòn
của caffeine tự nhiên tách từ chè xanh của nhóm nghiên cứu, trong luận văn
này, chúng tôi chọn đề tài: " PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨC

1


CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA HỖN HỢP
Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
HIỆN ĐẠI".
Mục đích của đề tài:
- Đánh giá khả năng hạn chế ăn mòn thép CT3 trong các môi trường
của kaliiođua, kali bromua, của hỗn hợp caffeine với muối kali iođua hoặc
kali bromua, từ đó xác định chất có khả năng ức chế tối ưu.
- Thảo luận, tìm hiểu cơ chế ức chế ăn mòn thép CT3 trong các điều
kiện thực nghiệm trên.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. ĂN MÒN KIM LOẠI
1.1.1. Định nghĩa
Ăn mòn kim loại là hiện tượng phá huỷ các vật liệu kim loại do tác
dụng hoá học hoặc tác dụng điện hoá giữa kim loại với môi trường bên
ngoài[5].
1.1.2. Phân loại[6,18]
Có nhiều cách phân loại quá trình ăn mòn: theo quá trình ăn mòn, theo
môi trường ăn mòn hoặc theo đặc tính phá huỷ.
Chủ yếu người ta phân loại theo quá trình ăn mòn:
- Ăn mòn hoá học: Là quá trình phá huỷ kim loại do tác dụng hoá học
của môi trường với kim loại. Ăn mòn hoá học xảy ra trong môi trường không
dẫn điện như không khí khô và dung dịch dạng lỏng. Đặc điểm của ăn mòn
hoá học là không phát sinh dòng điện, sản phẩm của quá trình ăn mòn nằm

ngay trên bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trường.
- Ăn mòn điện hoá: Là quá trình ăn mòn do phản ứng điện hoá xảy ra ở
hai vùng khác trên bề mặt kim loại. Ăn mòn điện hoá xảy ra trong môi trường
dẫn điện. Đặc điểm của ăn mòn điện hoá gắn liền với sự phát sinh dòng điện.
Phân loại theo môi trường ăn mòn gồm:
- Ăn mòn trong không khí.
- Ăn mòn trong đất.
- Ăn mòn trong dung dịch. Tuỳ theo tính chất của dung dịch điện ly
người ta chia ra:
+ Ăn mòn trong axit.
+ Ăn mòn trong kiềm.
+ Ăn mòn trong dung dịch muối.
3


Hoặc dựa theo đặc tính phá huỷ bề mặt kim loại, người ta chia làm các
dạng ăn mòn đều, ăn mòn cục bộ, ăn mòn rạn nứt, ăn mòn lựa chọn...
1.1.3. Đặc điểm ăn mòn thép
a) Sự ăn mòn thép cabon
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 (%mC
= 1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 +

1
4

O2 +

3
2

H2O →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 gỉ sắt. Theo thời
gian gỉ sắt phát triển thành các lớp xốp và làm 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 gỉ làm thay đổi hình thái lớp gỉ, đôi khi làm tăng tốc độ ăn mòn thép.

4


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
Fe3O4 có cấu trúc sít chặt ngăn cản sự tác động của môi trường làm giảm quá

trình gỉ hoá tiếp theo. Lớp bảo vệ này bền trong môi trường khí quyển hay khi
thay đổi thời tiết. Thép này được 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.
1.1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI
1.1.4.1. 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.


1.1.4.2. 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 lựa
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; ...
1.1.4.3. Xử lý bề mặt vật liệu
Xử lý bề mặt vật liệu là phương pháp khá phổ biến. Kim loại cần bảo

vệ được bao phủ bằng các lớp kim loại, phi kim hoặc các chất hoá học có tính
chất bảo vệ.
Bao phủ kim loại:
- Bao phủ catot: kim loại bao phủ có điện thế điện cực dương hơn so
với kim loại được bảo vệ nhằm ngăn cách kim loại nền với môi trường (bảo
vệ cơ học). Khi lớp kim loại bao phủ bị xước thì kim loại nền tiếp xúc với
môi trường xâm thực sẽ bị ăn mòn.
- Bao phủ anot: kim loại bao phủ có điện thế điện cực âm hơn so vớikim loại nền. Khi đó kim loại bao phủ đóng vai trò protectơ, bị ăn mòn
trước, kim loại nền được bảo vệ điện hoá. Do đó kim loại nền vẫn bảo vệ
ngay cả khi lớp bao phủ không còn phủ kín.
Để bảo vệ kim loại bằng phương pháp bao phủ, ta có thể dùng phương
pháp: mạ điện, phun kim loại.
Ngoài ra người ta có thể bao phủ kim loại bằng một số chất hoá học sau:
- Các hợp chất hoá học: tạo màng oxit, tạo màng muối bền có tác dụng
bảo vệ.
- Các vật liệu hữu cơ: sơn phủ, polime...


- Các vật liệu vô cơ: men, vữa trát, bê tông...
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,…
1.1.4.4. Xử lý môi trường làm việc
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.

1.1.4.5. Phương pháp điện hóa[5,19]
Nguyên tắc của phương pháp điện hoá bảo vệ chống ăn mòn kim loại là
dịch chuyển thế về phía âm nằm trong miền thế loại trừ ăn mòn bằng phương
pháp phân cực bởi dòng ngoài hoặc tự phân cực của sự khép kín pin ăn mòn.
Mặt khác, có thể tạo lớp thụ động trên mặt kim loại bằng sự phân cực anot.
Phương pháp bảo vệ này thường được dùng bảo vệ những phần kim
loại tiếp xúc với môi trường dẫn điện. Ví dụ trong nước biển, nước ven biển
hoặc trong nước, trong đất.
Dựa vào nguyên tắc trên có hai phương pháp bảo vệ điện hoá:
– Bảo vệ catot bằng dòng ngoài dịch chuyển thế ăn mòn về phía âm kéo
theo sự giảm dòng ăn mòn (xem hình 1.1) đến cực tiểu.


– Bảo vệ catot bằng anot hy sinh, nối kim loại cần bảo vệ với kim loại
khác có điện thế âm hơn và thế kim loại cần bảo vệ được dịch chuyển về phía
âm kéo theo sự giảm tốc độ ăn mòn.

Hình 1.1. Đường phân cực của hệ sắt bị ăn mòn trong môi trường axit loãng
không chứa oxi
Tại điểm O, ứng với thế ăn mòn Eăm và có dòng ăn mòn: iăm = iFe = iH2
Khi dịch chuyển thế về phía âm từ O đến O2 thì dòng ăn mòn giảm từ
O1



O. Khi đó trên sắt iăm
2H+ + 2e





0 và chỉ có sự thoát khí H2 theo phản ứng:

H2

Thế giới hạn Egh, tại đó sự ăn mòn sắt đạt cực tiểu và nếu dịch chuyển
thế âm hơn Egh thì khí H2 trên sắt thoát ra với tốc độ lớn, sự hiđro kim loại
làm giảm độ bền cơ học của sắt.


* Phương pháp bảo vệ catot bằng dòng ngoài
Kim loại cần được bảo vệ, các đường ống dẫn nhiên liệu dưới đất, vỏ
tầu biển được nối với cực âm của nguồn điện một chiều, còn cực dương của
nguồn điện nối với một anot bằng vật liệu ít tan (xem hình 1.2).

Hình 1.2: Sơ đồ bảo vệ catot bằng dòng ngoài
1. Vật cần được bảo vệ (đường ống dẫn dầu dưới đất);
2. Chất độn dẫn điện;
3. Điện cực phụ anot (ống thép, ống silic, graphit, titan…);
4. Nguồn điện một chiều;
5. Điện trở điều khiển dòng;
6. Môi trường đất
* Bảo vệ bằng anot hy sinh
Kim loại cần được bảo vệ phải có giá trị điện thế dương hơn vật liệu
làm anot hy sinh. Anot hy sinh bị hoà tan để bảo vệ kim loại.
Công trình được bảo vệ thường làm bằng thép. Ví dụ vỏ tầu biển, các
giàn khoan khai thác dầu khí ngoài biển. Trong trường hợp đó vật liệu làm
anot hy sinh là các kim loại nhôm, kẽm, magie hoặc hợp kim của chúng. Hợp

kim nhôm chỉ dùng trong môi trường mà nhôm dễ bị hoà tan, ví dụ trong
nước biển.
Sơ đồ bảo vệ chống ăn mòn kim loại bằng anot hy sinh được trình bày
trên hình 1.3.

Hình 1.3. Sơ đồ bảo vệ ăn mòn bằng anot hy sinh
1. Thiết bị cần bảo vệ.
2. Anot hy sinh.
3. Chất bọc anot hy sinh.
4. Thiết bị kiểm tra.
5. Công tắc đóng, ngắt mạch.

Điều kiện để anot hy sinh làm việc có hiệu quả:
– Giữa vật bảo vệ và anot hy sinh có hiệu điện thế đủ lớn, nghĩa là

anot hy sinh phải có điện thế âm hơn điện thế của thiết bị được bảo vệ.
– Vật liệu anot có điện thế làm việc ít thay đổi.
– Vật liệu anot phải có dung lượng cao, ổn định, không bị thụ động

trong môi trường làm việc, ăn mòn đều, hiệu suất cao (xem bảng 1.1).
Mật độ dòng bảo vệ phụ thuộc vào sự chênh lệch điện thế giữa anot hy
sinh và vật bảo vệ, điện trở riêng của môi trường. Đối với các loại đất có điện
trở riêng khoảng 10 – 250MΩ thì thường dùng anot hy sinh Mg.


Bảng 1.1. Các thông số kĩ thuật của anot hy sinh
Đ
HM i D
ợ ôi

u
ệ
p tr
n
k ưN n– g2
Al
- ư ÷6
Al
–2
÷3
Al
– 9
÷ 2
Z
– 7
n
0 6
Z
7
nM
gM
gBảo vệ anot
Phân cực anot để đưa kim loại vào trạng thái thụ động (bảo vệ các
thùng kim loại chứa axit) chỉ cần dòng điện nhỏ, tiêu hao ít năng lượng. Đối
với phương pháp này cần có thiết bị chính xác, an toàn để tránh sự hoạt hóa
dẫn đến sự hoà tan của vật được bảo vệ.
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĂN MÒN KIM LOẠI
1.2.1. Phương pháp phân tích
Để xác định tốc độ ăn mòn kim loại người ta xác định nồng độ ion kim
loại bị hoà tan vào môi trường xâm thực, từ đó suy ra tốc độ ăn mòn. Có thể

dùng các phương pháp phân tích định lượng, ví dụ phương pháp quang phổ,
phương pháp hấp phụ nguyên tử, phương pháp cực phổ, …


1.2.1.1. Phân tích khối lượng
Phương pháp này dựa trên sự kết tủa của nguyên tố cần phân tích với
một thuốc thử thích hợp. Phương pháp này có độ chính xác cao nhưng thao tác
phức tạp, tốn thời gian và chỉ xác định ở nguyên tố mẫu có hàm lượng lớn.
Tiến hành xác định sắt dựa vào kết tủa Fe(III)hidroxit để tách sắt ra khỏi một
số kim loại kiềm, kiềm thổ, Zn, Pb, Cd và một số kim loại khác. Các hidroxit
của các kim loại kết tủa ở pH cao hơn so với hidroxit Fe(III) hoặc nó bị giữ lại
khi có mặt NH3 trong dung dịch. Các ion tactrat, xitrat, oxalat, pyrophotphat
có thể ảnh hưởng đến kết tủa sắt hoàn toàn. Khi có mặt các ion đó, người ta
cho kết tủa với ion S2- trong đó có lượng nhỏ cacdimi. Nhưng phương pháp
này không được đánh giá cao vì sunfua các kim loại ít tan trong (NH4)2S dư.
Khi kết tủa sắt bằng (NH4)2S có mặt tactrat ta có thể tách sắt ra khỏi titan,
urani, valadi và một số nguyên tố khác.
1.2.1.2. Phân tích thể tích
Trong phương pháp này người ta đo lượng thuốc thử cần dùng để phản
ứng với một lượng đã cho của một chất cần xác định. Đinh lượng bằng
phương pháp thể tích kết quả nhanh chóng, đơn giản. Xong chỉ phù hợp với
xác định các nguyên tố trong mẫu có hàm lượng lớn (> 0,1%). Tùy thuộc vào
loại phản ứng chính thường dùng mà người ta chia phương pháp phân tích thể
tích thành các nhóm: Phương pháp trung hòa, phương pháp oxi hóa khử,
phương pháp kết tủa và phương pháp Complexon.
Để xác định hàm lượng sắt ta tiến hành như sau: Dung dịch chứa ion
sắt cần xác định được điều chỉnh pH về 2,0 thêm vài giọt chỉ thị axit
sunfosalixylic 0,1M, lúc này dung dịch màu tím, đun nóng đến 700C và chuẩn
độ bằng dung dịch EDTA 0,02M đến khi mất màu tím. Sau đó từ lượng
EDTA đã tác dụng khi chuẩn độ sẽ tính được hàm lượng Fe trong mẫu.

Phương pháp này tiến hành đơn giản nhưng cho sai số lớn, nồng độ Fe
trong dung dịch thì khó chuẩn độ do phải quan sát sự chuyển màu bằng mắt
thường, thiếu chính xác. Mặt khác, nếu dung dịch mẫu có lẫn các ion khác
gây ảnh hưởng đến kết quả của phép phân tích.
1.2.1.3. Các phương pháp điện hóa
1.2.1.3.1. Phương pháp cực phổ
Mỗi kim loại đều có một thế khử E0 xác định. Bằng một cách nào đó,
nếu biến đổi liên tục và tuyến tính điện áp ở hai điện cực ta sẽ thu được tín
hiệu cường độ dòng điện phân. Độ lớn nhỏ của dòng có quan hệ với nồng độ
chất phản ứng ở hai điện cực, sự phụ thuộc này sẽ cho tín hiệu phân tích định
lượng.
Ưu điểm: Xác định cả chất vô cơ và chất hữu cơ với nồng độ 10-5÷10-6
mM tùy thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng dư.
Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như ảnh hưởng
của dòng tụ điện, dòng cực đại của oxi hòa tan, bề mặt điện cực…
Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy hiện nay đã có
phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng
vuông (SQWP)…chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố.
1.2.1.3.2. Phương pháp von – ampe hòa tan
Nguyên tắc của phương pháp: dựa trên hai kỹ thuật phân tích, điện
phân ở thế giám sát và quét vôn–ampe hòa tan ngược chiều.
Ưu điểm: Độ nhạy cao (10-8 ÷ 10-6) xác định được nhiều kim loại. Với
kỹ thuật hiện đại ngày nay phương pháp có khả năng phát hiện vết các nguyên
tố đến 10-9 M với sai số 5 ÷ 15 %.
Nhược điểm của phương pháp là ở chỗ: quy trình phân tích phức tạp
đòi hỏi phải có kiến thức rất sâu về phân tích điện hóa mới và xử lý được
đúng từng loại mẫu đối với từng loại nguyên tố khác nhau.

Nguyên tắc của phương pháp này gồm 3 giai đoạn:
- Điện phân làm giàu chất phân tích lên bề mặt của điện cực hoạt động
(có thể là cực giọt Hg tĩnh hoặc cực rắn đĩa quay).
- Ngừng khuấy hoặc ngừng quay cực 15 ÷ 20s để đưa hệ từ trạng thái
động đến trạng thái tĩnh.
- Hòa tan kết tủa đã được làm giàu trên điện cực hoạt động bằng cách
phân cực ngược và ghi dòng von – ampe hòa tan. Trong những điều kiện thích
hợp, nồng độ của chất cần xác định sẽ tỷ lệ với chiều cao của pic thu được.
Đưa vào pic chuẩn và pic thu được sẽ xác định được nồng độ các chất.
1.2.1.4. Phương pháp trắc quang
Nguyên tắc chung của phương pháp này là dựa vào khả năng tạo phức
màu của các nguyên tố cần xác định với thuốc thử thích hợp và đo độ hấp thụ
quang của phức đó. Phương pháp này định lượng theo phương trình:
A = K.C
Trong đó:

A: Độ hấp thụ quang của phức màu

K: Hằng số thực nghiệm
C: Nồng độ chất phân tích

Một trong số các thuốc thử vô cơ được dùng để xác định sắt là
thioxianat. Thioxianat là một thuốc thử nhạy với ion sắt (III). Vì axit
thioxiamic là một axit mạnh nên nồng độ ion thioxianat ít bị ảnh hưởng bởi
nồng độ ion H+ trong dung dịch. Cường độ của phức sắt (III) – thioxianat loại
axit và thời gian phản ứng. Dung dịch phức sắt (III) – thioxianat bị giảm màu
khi để ngoài ánh sáng, tốc độ giảm màu chậm trong vùng axit yếu và nhanh
khi nhiệt độ tăng. Khi có mặt hidropeoxit hoặc amoni sunfat càng làm cho
cường độ màu và độ bền của phức màu giảm.

Phương pháp dùng thuốc thử thioxianat có giới hạn phát hiện kém, độ
chính xác thấp (nếu ta không dùng các phép đo đặc biệt để tăng độ nhạy)


nhưng được sử dụng rộng rãi vì phương pháp này đơn giản, nhanh, áp dụng
được trong các dung dịch axit mạnh là thuốc thử tương đối rẻ tiền. Phương
pháp này xác định được hàm lượng sắt từ 1 mg/l đến 10 mg/l. Người ta, cũng
sử dụng phức của sắt (II) với thioxianat để chiết lên dung môi hữu cơ nhằm
tăng độ chọn lọc và độ nhạy cho phép xác định sắt (II).
1.2.1.5. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)[1,3]
Cơ sở lý thuyết của phép đo AAS là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn
sắc) của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ của
nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ. Tùy thuộc vào kỹ thuật nguyên tử hóa
người ta phân biệt phép đo AAS có độ nhạy 0,1 mg/l và phép đo E – AAS có
độ nhạy cao hơn kỹ thuật không ngọn lửa 50 đến 1000 lần ( 0,1 ÷ 1
ppb).
Thực tế cho thấy phép đo phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt: Độ
nhạy, độ nhạy chọn lọc cao, độ chính xác cao, tốn ít mẫu, tốc độ phân tích
nhanh. Gần 60 nguyên tố hóa học có thể được xác định bằng phương pháp
này với độ nhạy từ 10-4 ÷ 10-5 %.
Chúng ta biết rằng vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên
tử là phần tử cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố hóa học.
Nguyên tử lại bao gồm hạt nhân nguyên tử nằm ở giữa và chiếm một thể tích
rất nhỏ (khoảng 1/10000 thể tích của nguyên tử) và các điện tử (electron)
chuyển động xung quanh hạt nhân trong phần không gian lớn của nguyên tử.
Trong điều kiện bình thường nguyên tử không thu và cũng không phát
ra năng lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ
bản. Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng nhất của nguyên tử.
Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu ta chiếu một chùm sáng có
những bước sóng xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự do

sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể
phát ra được trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng


lượng của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích
có năng lượng cao hơn trạng thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của
nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình đó được gọi là quá trình hấp thụ năng
lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra phổ của nguyên tử của
nguyên tố đó. Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên
tử [3].
* Nguyên tắc của phép đo AAS [4]
Cơ sở của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử là sự hấp thụ năng lượng của
nguyên tử ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên
tố ấy trong môi trường hấp thụ. Vì vậy muốn thực hiện được phép đo phổ hấp
thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau đây:
1 – Quá trình hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu: Chọn các điều kiện và
một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn
hoặc lỏng) thành trạng thái hơi của các nguyên tử tự do của nguyên tố cần
phân tích, có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc.
2 – Chiếu chùm tia sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích
qua đám hơi nguyên tử đó sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ
hấp thụ của nó.
3 – Thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của
nguyên tố cần nghiên cứu để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín
hiệu của vạch phổ hấp thụ nguyên tử.
Trong một giới hạn nồng độ nhất định tín hiệu này phụ thuộc
tuyến tính nồng độ nguyên tố cần nghiên cứu theo phương trình:
A K.C b
Trong đó:
A : Độ hấp thụ quang của vạch phổ

K: Hằng số thực nghiệm
b: Hằng số cơ bản của nguyên tố (0 ≤ b ≤ 1)
C: Nồng độ nguyên tố cần xác định.