Nghiên cứu chiết tách lignin từ rơm rạ và ứng dụng làm chất ức chế chống ăn mòn kim loại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

NGUYỄN THỊ TRÀ MY

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH LIGNIN
TỪ RƠM RẠ VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT
ỨC CHẾ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số : 84.40.11.14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
Trường Đại học Sư phạm - ĐHĐN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI

Phản biện 1: TS. Võ Thắng Nguyên
Phản biện 2: TS. Vũ Thị Duyên

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp Thạc sĩ Hóa học họp tại Trường Đại học Sư phạm –
ĐHĐN vào ngày 6 tháng 10 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng;

- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng.


1
MỞ ĐẦU
1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Như đã biết, rơm rạ là dạng phế phụ phẩm nông nghiệp có
tiềm năng trữ lượng lớn. Nhưng chỉ có khoảng 20 % rơm rạ được sử
dụng để sản xuất etanol, giấy, phân bón và thức ăn gia súc và số còn
lại được loại bỏ khỏi thực địa, đốt tại chỗ hoặc trải ra ngoài đồng, kết
hợp trong đất hoặc được sử dụng làm mùn cưa cho vụ mùa sau. Ở
nước ta, ước tính mỗi năm có thể thu gom và tận dụng trên dưới 50
triệu tấn rơm rạ từ nhiều giống lúa khác nhau, trên khắp các vùng
miền trên cả nước.
Ăn mòn kim loại là hiện tượng phá hủy các vật liệu do tác
dụng hóa học hoặc tác dụng điện hóa giữa kim loại với môi trường
bên ngoài kim loại. Ăn mòn kim loại là một trong những vấn đề đang
được quan tâm hiện nay, liên quan đến tất cả khía cạnh cuộc sống của
chúng ta. Mỗi năm các nước phát triển như Anh, Pháp, Mỹ phải chi
trăm triệu USD để thay các thiết bị máy móc bị hư hỏng do ăn mòn
kim loại; trong khi đó, nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm rất thích
hợp cho quá trình ăn mòn kim loại xảy ra.
Trong thực tế, có nhiều cách để giảm ăn mòn kim loại như
thay đổi bản chất hóa học của bề mặt vật liệu hoặc thay đổi môi
trường của vật liệu để làm giảm tốc độ của các phản ứng bề mặt vật
liệu và môi trường. Một trong những cách thay đổi môi trường của
vật liệu là bổ sung những lượng nhỏ các chất ức chế hóa học. Tuy
nhiên các chất ức chế thông thường chứa các hóa chất đặc biệt với
độc tính không nhỏ, gây ô nhiễm môi trường. Do đó, việc sử dụng
các chất ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường được khuyến khích

nghiên cứu. Một trong các chất ức chế đó là lignin - một trong những
thành phần chính của rơm rạ, dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng
trong tương lai gần như một nguyên liệu cho sản xuất các sản phẩm
sinh học và hóa chất, có khả năng ức chế ăn mòn kim loại thép.


2
Với những lí do như trên nên tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu
chiết tách lignin từ rơm rạ và ứng dụng làm chất ức chế chống ăn
mòn kim loại”.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
- Chiết tách được hợp chất lignin từ rơm rạ và xác định được
các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách lignin từ rơm rạ.
- Ứng dụng hợp chất lignin vào việc nghiên cứu ức chế ăn mòn
kim loại trong NaCl 3.5 % và HCl.
3. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Phạm vi nghiên cứu
- Chiết tách hợp chất lignin từ rơm rạ.
- Ứng dụng của hợp chất lignin trong ức chế ăn mòn kim loại
trong dung dịch NaCl 3.5% và dung dịch HCl.
3.2. Đối tƣợng nghiên cứu
Hợp chất lignin được tách ra từ rơm rạ, khả năng ức chế ăn
mòn của nó đối với kim loại trong NaCl 3.5% và HCl.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Tham khảo sách báo, tạp chí chuyên ngành, giáo trình liên
quan đến ăn mòn kim loại đặc biệt là ức chế ăn mòn kim loại.
- Tham khảo các sách, tài liệu về thực vật để đánh giá hàm
lượng lignin có trong các loại thực vật.

- Nghiên cứu lý thuyết chiết tách các chất hữu cơ qua các giáo
trình hay luận văn liên quan.
- Nghiên cứu các luận văn liên quan đến bảo vệ kim loại trong
các môi trường.
4.2. Nghiên cứu thực tiễn
- Nghiên cứu tìm ra quy trình và điều kiện chiết tách tối ưu
lignin từ rơm rạ.


3
- Phương pháp phổ IR để xác định sự có mặt các loại nhóm
chức có trong hợp chất lignin.
- Phương pháp xác định dòng ăn mòn.
- Phương pháp chụp SEM xác định bề mặt mẫu thép CT3.
- Phương pháp xử lí số liệu.
5. Ý Nghĩa Khoa Học Và Ý Nghĩa Thực Tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
- Xác định các điều kiện tối ưu của quá trình tách chiết hợp
chất lignin từ rơm rạ.
- Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của hợp chất
lignin thu được.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nâng cao giá trị sử dụng của rơm rạ.
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Chương 1. Tổng quan lý thuyết
Chương 2. Nguyên liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TỔNG QUAN VỀ RƠM RẠ
1.1.1. Giới thiệu chung về rơm rạ
1.1.2. Thành phần và tính chất của rơm rạ
1.1.3. Hiện trạng sử dụng rơm rạ tại Việt Nam và các nƣớc
trên thế giới
1.2. TỔNG QUAN LIGNIN
1.2.1. Khái quát tính chất của nguyên liệu lignoxenlulozơ
1.2.2. Giới thiệu chung về lignin
1.2.3. Cấu trúc phân tử của lignin
1.2.4. Tính chất vật lí của Lignin
1.2.5. Tính chất hóa chất hóa học của Lignin
1.2.6. Ứng dụng của lignin
1.3. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG
CÁC PHƢƠNG PHÁP THU NHẬN XENLULOZƠ VÀ TÁCH
LOẠI LIGNIN TỪ NGUYÊN LIỆU THỰC VẬT
1.3.1. Sử dụng rƣợu
1.3.2. Sử dụng các axit hữu cơ
1.4. LÝ THUYẾT ĂN MÒN KIM LOẠI
1.4.1 Định nghĩa ăn mòn kim loại
1.4.2. Phân loại quá trình ăn mòn
1.4.3. Ăn mòn của thép trong môi trƣờng nƣớc
a. Ăn mòn thép trong môi trường nước ngọt
b. Ăn mòn điện hóa trong nước biển
1.4.4. Các phƣơng pháp bảo vệ kim loại
a. Bảo vệ bằng tạo lớp bao phủ

b. Xử lý môi trường
1.5. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ NGHIÊN CỨU VỀ LIGNIN
VÀ HỢP CHẤT CỦA LIGNIN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT
NAM


5
CHƢƠNG 2
NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ
2.1.1. Nguyên liệu
Rơm gạo thu được từ đồng ruộng trên địa bàn huyện Điện Bàn,
tỉnh Quảng Nam được phơi khô dưới ánh mặt trời và cắt nhỏ thành
từng miếng. Sau khi sấy ở nhiệt độ 70oC trong 8 giờ, mẫu được xay
xát thành bột kích thước khoảng 1mm và bột tiếp tục được làm khô
trong 4h ở 700C và được lưu trữ trong máy hút ẩm.

Hình 2.1. Bột rơm rạ đã qua xử lí.
2.1.2. Hóa chất
- Dung dịch HCl, dung dịch NaCl 3.5%.
2.1.3. Dụng cụ - Thiết bị
a. Dụng cụ
- Bình tam giác, cốc thuỷ tinh, cốc sứ, bình định mức, ống
đong, phễu lọc, pipet, nhiệt kế, bình hút ẩm,…
b. Thiết bị
- Tủ sấy, lò nung, bếp điện, bếp cách thủy, cân phân tích, bộ
chiết chưng ninh, thiết bị đo PGS-HH10, chương trình
Potentiondyamic.
2.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ

2.2.1. Xác định độ ẩm
2.2.2. Xác định độ tro


6
2.3. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ
TRÌNH CHIẾT TÁCH LIGNIN TỪ RƠM RẠ VÀ XÁC ĐỊNH
THÀNH PHẦN CÁC NHÓM CHỨC CỦA LIGNIN THU ĐƢỢC
2.3.1. Ảnh hƣởng của nồng độ axit HCl
Cân 10 g mẫu bột rơm vào bình cầu 250 mL ,cho 100mL dung
dịch HCl ở các nồng độ khác nhau 0.5M, 1M, 1.5M, 2M và 2.5 M.
Tiến hành thủy phân trong 1 giờ thích hợp ở nhiệt độ sôi của dung
môi. Sau khi thủy phân, tiến hành lọc và lấy dịch chiết đem cô đến
khô, cân khối lượng chất rắn thu được. Chọn nồng độ axit thích hợp
là nồng độ tương ứng với khối lượng cao lớn nhất.
2.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian chiết
Cân 10 g mẫu bột rơm cho 100 mL dung dịch HCl nồng độ
thích hợp tiến hành thủy phân với các khoảng thời gian khác nhau 30,
45, 60, 75, 90 và 120 phút ở nhiệt độ thích hợp. Sau khi thủy phân,
tiến hành lọc và lấy dịch chiết đem cô đến khô, cân khối lượng chất
rắn thu được. Chọn thời gian chiết thích hợp là thời gian tương ứng
với khối lượng cao lớn nhất.
2.3.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ mẫu rơm: dung dịch HCl
Cân các khối lượng mẫu bột rơm khác nhau 10, 15, 20, 25, 30
và 35 g cho 100 mL dung dịch HCl nồng độ thích hợp, tiến hành thủy
phân trong thời gian và nhiệt độ thích hợp. Sau khi thủy phân, tiến
hành lọc và cô cạn các dịch chiết, thu được cao chiết ở các tỉ lệ rắn –
lỏng khác nhau, cân cao thu được. Chọn tỉ lệ rắn – lỏng thích hợp là
tỉ lệ rắn – lỏng tương ứng với khối lượng cao lớn nhất.
2.4. TÁCH LIGNIN RẮN

Tách lignin rắn: Sau khi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình chiết tách lignin, ta tiến hành chiết tách để thu được lượng
lignin với các điều kiện tối ưu thu được. Lignin thu được chưa tinh
khiết còn có chứa một số hợp chất khác.


7
2.5. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI
THÉP CỦA LIGNIN THU ĐƢỢC TỪ RƠM RẠ
2.5.1. Thiết bị đo
Sử dụng thiết bị đo PGS-HH10, chương trình
Potentiondyamic.
2.5.2. Phƣơng pháp chuẩn bị điện cực
a. Chuẩn bị điện cực
- Điện cực làm việc: được chế tạo từ thép CT3, diện tích bề mặt
làm việc 1cm2. Dây dẫn bằng đồng được hàn vào chính giữa mẫu thép.
- Điện cực so sánh là Ag, AgCl, Cl- và điện cực đối là điện cực
platin (Pt).
b. Gia công bề mặt điện cực
Gia công điện cực để có bề mặt phẳng, nhẵn đồng thời tẩy sạch
các lớp gỉ, các lớp dầu mỡ, các hợp chất háo học bám trên bề mặt
điện cực.
2.5.3. Hóa chất sử dụng
- Dung dịch NaCl 3.5 %
- Dung dịch axit HCl 0.1M, 0.5M, 1M.
- Dung dịch lignin tách được từ bột rơm rạ với các nồng độ 1
g/l, 2 g/l, 3 g/l, 4 g/l, 5 g/l.
2.5.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
a. Phương pháp xây dựng đường cong phân cực
b. Phương pháp xác định điện trở phân cực

2.6. PHƢƠNG PHÁP CHỤP SEM XÁC ĐỊNH BỀ MẶT


8
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÝ
3.1.1. Độ ẩm
Số lượng mẫu được lấy để xác định độ ẩm là 3 mẫu. Độ ẩm
chung là độ ẩm trung bình của 3 mẫu.
Kết quả xác định độ ẩm của mẫu bột rơm rạ được trình bày ở
Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả xác định độ ẩm của bột rơm rạ
STT
m0 (g)
m1 (g)
m2 (g)
U(%)
1

35.069

1.009

35,989

8.814

2

39.007

1.010

39.929

8.678

3

35.477

1.004

36.391

8.937

Độ ẩm trung bình UTB(%)

8.809

 Nhận xét: Độ ẩm trung bình của bột rơm rạ khô là 8.809
%, đây là độ ẩm tương đối an toàn. Với độ ẩm này, bột rơm rạ khô có
thể giữ được chất lượng tốt khi bảo quản trong thời gian dài mà
không bị ẩm mốc, nguyên liệu có tính ổn định tương đối cao.
3.1.2. Hàm lƣợng tro
Lấy 3 mẫu đã xác định độ ẩm ở trên để xác định hàm lượng
tro. Hàm lượng tro được lấy trung bình từ 3 mẫu trên. Kết quả xác
định hàm lượng tro trong bột rơm rạ khô được trình bày ở Bảng 3.2.

Bảng 3.2. Kết quả xác định hàm lượng tro của bột rơm rạ khô
STT
m0 (g)
m1(g)
m3(g)
H (%)
1

35.069

1.009

35.195

12.507

2

39.007

1.010

39.134

12.662

3

35.477

1.004

35.603

12.587

Hàm lƣợng tro trung bình HTB(%)

12.585

 Nhận xét: Vậy hàm lượng tro trung bình là 12.585%. Từ
bảng trên ta thấy, trong bột rơm rạ khô có chứa hàm lượng lớn chất


9
hữu cơ và một lượng rất nhỏ các chất vô cơ, trong đó có thể có mặt
các muối của một số kim loại.
3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH CHIẾT LIGNIN TỪ RƠM RẠ
3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ axit HCl
đến quá trình tách chiết lignin
Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tách chiết lignin từ rơm
rạ tối ưu vào nồng độ axit HCl, thí nghiệm được tiến hành với các
thông số như sau:
- Khối lượng rơm rạ: 10 gam
- Nhiệt độ nấu: 86oC
- Thời gian chiết: 60 phút.
- Thể tích dung dịch HCl: 100 mL.
- Nồng độ axit HCl khảo sát: 0.5M, 1M, 1.5M, 2M, 2.5M.
Kết quả thu được của thời gian chiết được trình bày ở Bảng 3.3.

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến tách chiết lignin từ
rơm rạ
STT

Nồng độ axit HCl (M)

Khối lƣợng rắn (g)

01

0.5

0.124

02

1

0.156

03

1.5

0.215

04

2

0.268

05

2.5

0.259

Từ Bảng 3.3 ta có đồ thị:
Nhận xét: Kết quả thu được cho thấy khi thay đổi nồng độ dung
dịch HCl từ 0.5M đến 2M thì khối lượng lignin tách ra tăng dần nhưng
sau đó càng tăng nồng độ axit thì lượng lignin tách chiết được giảm
dần.Vậy hiệu suất tách lignin từ bột rơm rạ cao nhất với nồng độ
dung dịch HCl là 2M.


10
3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá
trình tách chiết lignin
Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tách chiết lignin từ rơm
rạ tối ưu thời gian thủy phân, thí nghiệm được tiến hành với các
thông số như sau:
- Khối lượng rơm rạ: 10 gam
- Nhiệt độ nấu: 86oC
- Thể tích dung dịch HCl: 100 mL.
- Nồng độ axit HCl tối ưu: 2M.
- Thời gian thủy phân: 30, 45, 60,75, 90 và 120 phút.
Kết quả thu được của thời gian chiết được trình bày ở Bảng 3.4.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tách chiết
lignin từ rơm rạ

STT
Thời gian chiết (phút)
Khối lƣợng rắn (g)
01
30
0.191
02

45

0.232

03

60

0.264

04

75

0.327

05

90

0.368

06

120

0.335

Nhận xét: Từ kết quả được trình bày ở Bảng 3.4 ta thấy khi
thủy phân càng lâu thì lượng lignin tách ra tương ứng tăng theo và thời
gian thủy phân 90 phút cho phép tách được lượng lignin nhiều nhất; nên
nếu tăng thời gian chiết cũng không tách thêm được nữa. Vậy hiệu suất
tách lignin từ bột rơm rạ cao nhất trong thời gian 90 phút.
3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ rơm- dung dịch
axit HCl đến quá trình tách chiết lignin
Để khảo sát sự phụ thuộc của khả năng tách chiết lignin từ rơm
rạ tối ưu thời gian thủy phân, thí nghiệm được tiến hành với các
thông số như sau:


11
- Nhiệt độ nấu: 86oC
- Thể tích dung dịch HCl: 100 mL.
- Nồng độ axit HCl tối ưu: 2M.
- Thời gian thủy phân tối ưu: 90 phút.
- Khối lượng rơm: 10g, 15g, 20g, 25g, 30g, 35g.
Kết quả thu được của thời gian chiết được trình bày ở Bảng 3.5.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ rơm - dung dịch HCl đến tách chiết
lignin từ rơm rạ
STT

Khối lƣợng bột rơm rạ (g)

Khối lƣợng rắn (g)

01

10

0.340

02

15

0.503

03

20

0.663

04

25

0.719

05

30

0.975

06

35

0.970

Từ Bảng 3.5 ta có đồ thị:

Đồ thị 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ rơm- dung dịch HCl đến quá trình
chiết tách lignin
Nhận xét: Kết quả thực nghiệm trình bày ở Bảng 3.5 cho thấy
khi khối lượng bột rơm tăng lên thì lượng lignin tách ra càng nhiều,
đến khi đạt tỉ lệ 30 g mẫu: 100 mL dung dịch axit HCl thì nhận thấy
khối lượng lignin thu được cao nhất. Nếu có tiếp tục tăng khối lượng
bột rơm thì khối lượng lignin thu được cũng không tăng thêm. Điều
này được giải thích như sau: tỉ lệ dịch (tỉ lệ rắn, lỏng) thích hợp, sao


12
cho quá trình tách loại diễn ra bình thường, nguyên liệu khi xử lý
phải ngập toàn bộ trong dung dịch. Vậy hiệu suất tách lignin từ bột
rơm rạ cao nhất với tỉ lệ 30 g bột rơm rạ : 100 mL dung dịch HCl.
Tóm lại: Điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách lignin từ bột
rơm rạ là: 30 g mẫu bột rơm được thủy phân bởi 100 mL dung dịch
HCl nồng độ 2M ở 86oC trong thời gian 90 phút. Với điều kiện này
thì lượng lignin tách được là 0.975 g/ 30 gam mẫu.
3.2.4. Tách lignin rắn

Với quá trình chiết tách lignin theo quy trình, chúng tôi thu
được sản phẩm lignin dạng bột có lẫn hemixenlulozo nên lignin thu
được có màu đen.

Hình 3.1. Bột lignin thu được
+ Đã xác định thời gian chiết thích hợp và nồng độ dung môi
thích hợp để thu được khối lượng cao lignin lớn nhất:
 Thời gian chiết: 90 phút.
 Nồng độ axit HCl: 2M
 Tỉ lệ rơm: axit HCl: 30g rơm : 100 mL HCl.
3.2.5. Đánh giá sản phẩm Lignin
Tiến hành tách Lignin rắn từ dung môi HCl, kết quả chụp phổ hồng
ngoại (IR) cho thấy các peak dao động đặc trưng của Lignin ở mẫu:
- 3385,19 cm-1 đặc trưng cho nhóm – OH .
- 1600 cm-1 đặc trưng cho liên kết C–C trong vòng benzen.
- 1200 cm-1 – 1320 cm-1 đặc trưng cho liên kết C–O–C.
- 600 cm-1 – 800 cm-1 đặc trưng cho nhóm –CH2– của mạch
cacbon.


13
Bảng 3.6. Tần số và loại dao động trong phổ hồng ngoại của lignin
Tần số,
Loại dao động
Tần số,
Loại dao
cm-1
cm-1
động
3385

- OH
1039
1620
C–C trong vòng benzen.
780
nhóm –CH2–
1316
C–O–C.
518

Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của lignin tách từ rơm rạ bởi dung môi
HCl 2M
3.3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI
CỦA LIGNIN CHIẾT TÁCH TỪ RƠM RẠ
3.3.1. Khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của lignin trong
trong NaCl 3.5 %
a. Ảnh hưởng của nồng độ lignin đến khả năng ức chế ăn mòn
kim loại
Tiến hành ngâm thép CT3 trong dung dịch NaCl 3.5% trong
10 phút rồi tiến hành đo đường cong phân cực.
Kết quả đo đường cong phân cực thép CT3 ở các nồng độ
lignin được trình bày ở Bảng 3.7, được thể hiện ở các Hình 3.3, 3.4,
3.5, 3.6, 3.7. Điện cực thép CT3 được ngâm trong dung dịch lignin
chiết tách từ rơm rạ với các nồng độ khác nhau trong thời gian 20
phút rồi ngâm trong dung dịch NaCl 3.5% 10 phút sau đó tiến hành
đo đường cong phân cực.


14

Hình 3.3. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ của dung dịch lignin 0 g/l chiết từ rơm rạ trong
thời gian 20 phút.

Hình 3.4. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ của dung dịch lignin 1 g/l chiết từ rơm rạ trong
thời gian 20 phút.

Hình 3.5. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ của dung dịch lignin 2 g/l chiết từ rơm rạ trong
thời gian 20 phút.

Hình 3.6. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ của dung dịch lignin 3 g/l chiết từ rơm rạ trong
thời gian 20 phút.


15

Hình 3.7. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ của dung dịch lignin 4 g/l chiết từ rơm rạ trong
thời gian 20 phút

Hình 3.8. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ của dung dịch lignin 5 g/l chiết từ rơm rạ trong
thời gian 20 phút.
Bảng 3.7. Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn(icorr) và hiệu
quả ức chế Z (%) theo nồng độ lignin khác nhau
Nồng độ lignin (g/l) R (Ohm)
icorr (mA/cm2)

Z(%)
0

674.6882

9.6674E-0003mA

0

1

878.6044

7.4237E-0003mA

23.2%

2

921.6146

7.0773E-0003mA

26.79%

3

965.8465

6.7531E-0003mA

30.14%

4

1131.8096

5,7629E-0003mA

40.50%

5

901.5212

7.2350E-0003mA

25.16%

Vậy nồng độ lignin tối ưu để ức chế ăn mòn thép là 4g/l.
Từ Bảng 3.7 cho thấy khi ngâm thép trong dung dịch lignin
nồng độ 4g/l thì hiệu quả ức chế ăn mòn cao nhất và đạt 40.5%. Khả


16
năng ức chế ăn mòn kim loại của lignin là do khi lignin hấp phụ lên
bề mặt kim loại thì các electron chưa tham gia liên kết trên các nhóm
-OH có thể liên kết với obitan d còn trống của sắt tạo thành lớp màng,
hoặc tạo phức lignin trên bề mặt và ngăn cách kim loại với môi
trường nên ức chế quá trình ăn mòn kim loại. Khi tăng nồng độ

lignin làm thay đổi bản chất bề mặt làm giảm khả năng ức chế.
b. Ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch lignin
đến khả năng ức chế ăn mòn thép CT3
Điện cực thép CT3 được ngâm trong dung dịch lignin 4 g/l với
các thời gian là 0 ph, 10ph, 20ph, 30ph, 40ph, 50 ph. Sau đó tiến
hành đo đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5%. Kết quả các đường cong phân cực được thể hiện ở các Hình
3.9, 3.10, 3.11, 3.12, 3.13 và Bảng 3.8.

Hình 3.9. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ lignin 4 g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 10 phút.

Hình 3.10. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ lignin 4 g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 20 phút


17

Hình 3.11. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ lignin 4 g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 30 phút

Hình 3.12. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ lignin 4 g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 40 phút.

Hình 3.13. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch NaCl
3.5% với nồng độ lignin 4 g/l tách từ rơm rạ trong thời gian 50 phút.
Bảng 3.8. Giá trị dòng ăn mòn (icorr) và hiệu quả ức chế Z
(%) theo thời gian ngâm thép trong dung dịch lignin 4 g/l trong môi
trường ăn mòn NaCl 3.5%
Thời gian (phút)

0
10
20
30
40
50

R (Ohm)
674.6882
864.7943
1148.4362
1262.0840
1336.8716
1013.8312

icorr (mA/cm2)
9.6674E-0003
7.5423E-0003
5.6795E-0003
5.1680E-0003
4.8789E-0003
6.4335E-0003

Z(%)
0
21.98
41.25
46.54
49.53
33.45

18
Từ Bảng 3.8 cho thấy thời gian tối ưu ngâm thép trong trong
dung dịch lignin 4 g/l là 40 phút. Khi kéo dài thời gian ngâm trong
lignin làm biến tính bề mặt nên giảm khả năng ức chế.
3.3.2. Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 của
lignin trong trong HCl
Ngâm thép vào dung dịch lignin 4 g/l trong thời gian 40 phút.
Sau đó ngâm điện cực trong HCl với các nồng độ lần lượt là 0.1M,
0.5M và 1M rồi đo đường cong phân cực. Giá trị điện trở phân cực,
tốc độ dòng ăn mòn và hiệu quả bảo vệ được trình bày ở Bảng 3.9 và
các đường cong phân cực được thể hiện ở các Hình từ 3.14 đến 3.19.
Kết quả các đường cong phân cực ứng với các nồng độ HCl
0.1M được thể hiện ở Hình 3.14 và 3.15.

Hình 3.14. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl
0.1M không có mặt lignin tách từ rơm rạ

Hình 3.15. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl
0.1M trong thời gian 40ph với nồng độ lignin nồng độ 4 g/l tách từ
rơm rạ.
Kết quả các đường cong phân cực ứng với các nồng độ HCl
0,5M được thể hiện ở Hình 3.16 và 3.17.


19

Hình 3.16. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl
0.5M không có mặt lignin tách từ rơm rạ

Hình 3.17. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl
0.5M trong thời gian 40ph với nồng độ của lignin 4 g/l tách từ rơm rạ
Kết quả các đường cong phân cực ứng với các nồng độ HCl
1M được thể hiện ở Hình 3.18 và 3.19.

Hình 3.18. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl
1M không có mặt lignin.

Hình 3.19. Đường cong phân cực của thép CT3 trong dung dịch HCl
1M trong thời gian 40 với nồng độ của lignin 4 g/l tách từ rơm rạ.


20
Bảng 3.9. Giá trị điện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn(icorr) và hiệu
quả ức chế Z (%) theo nồng độ HCl với nồng độ dung dịch lignin
chiết tách từ bột rơm rạ.
Ngâm trong dung dịch
Không ngâm trong
lignin tách từ bột rơm
Z(%)
Nồng độ
dung dịch lignin
rạ
axit HCl
đậu nành
(M)
Icorr
Icorr
R(Ohm)

R(Ohm)
(mA/cm2)
(mA/cm2)
0.1

85.0471 7.6693E-0002 157.0931 4.1520E-0002 45.86

0.5

33.0166 1.9755E-0001 141.1691 4.6203E-0002 76.61

1.0

49.3626 1.3213E-0001 83.7746 7.7858E-0002 41.07

Từ các đường cong phân cực và Bảng 3.9 ta thấy lignin chiết
tách từ rơm rạ có khả năng ức chế ăn mòn thép CT3 trong môi trường
axit tương đối tốt đặc biệt là axit HCl 0.5M với hiệu quả đạt 76.61%.
3.3.3. Nghiên cứu quá trình tạo màng khi ngâm thép trong
dung dịch lignin đƣợc chiết tách từ rơm rạ
Tiến hành chụp SEM bề mặt điện cực bề mặt thép CT3 được
ngâm trong dung dịch lignin 4 g/l được chiết tách từ rơm rạ trong 40
phút và so sánh với điện cực thép CT3 không ngâm trong lignin.

Hình 3.20. Hình ảnh SEM của bề mặt bị ăn mòn bằng thép được
ngâm trong NaCl 3.5% không có mặt lignin tách chiết từ rơm rạ
trong 24 giờ.


21

Hình 3.21. Hình ảnh SEM của bề mặt bị ăn mòn bằng thép
được ngâm trong NaCl 3.5% có mặt lignin tách chiết từ rơm rạ
trong 24 giờ.
Từ kết quả trên ta thấy rằng điện cực thép ngâm trong trong
lignin có sự tạo lớp màng trên bề mặt thép, điều đó chứng tỏ lignin có
khả năng ức chế ăn mòn kim loại trong không khí.
* Cơ chế ức chế ăn mòn:
Tác dụng ức chế của chiết xuất lignin là do sự hiện diện của
một số nhóm chức trong dịch chiết được tìm thấy bởi kết quả đo
quang phổ hồng ngoại IR ( Hình 3.2.) Cấu trúc của chiết xuất lignin
được trình bày chứa nhiều nhóm chức – OH góp phần ức chế; đồng
thời chứa nguyên tử oxi và vòng thơm là các trung tâm hấp phụ.
Cơ chế ức chế ăn mòn thép nhẹ trong dung dịch axit bởi các
nhóm chức của dịch chiết có thể được giải thích trên cơ sở hấp phụ
trên bề mặt kim loại. Điều này cho thấy hiệu quả ức chế của chiết
xuất là do sự hiện diện của một số hoặc tất cả các thành phần hóa học
của lignin thu được. Sự hấp phụ của các phân tử ức chế trên bề mặt
thép nhẹ là do sự tương tác giữa các nguyên tử cho (các electron π


22
của các nguyên tử cho O và vòng thơm của các chất ức chế) và chất
nhận, nghĩa là obital d rỗng của các nguyên tử bề mặt sắt [29]. Các
phân tử ức chế cũng có thể hấp thụ trên bề mặt kim loại dưới dạng
các hạt tích điện âm có thể tương tác tĩnh điện với bề mặt kim loại
tích điện dương, làm tăng độ phủ bề mặt và bảo vệ hiệu quả ngay cả
trong trường hợp nồng độ chất ức chế thấp.

23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Qua một thời gian nghiên cứu chiết tách lignin từ bột rơm rạ
và ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại chúng tôi rút ra một
số kết luận như sau:
- Điều kiện tối ưu cho việc chiết tách lignin từ rơm rạ là: tỷ lệ
mẫu : dung dịch HCl = 30g : 100 mL, với nồng độ dung dịch HCl là
2M tại nhiệt độ thủy phân là 86oC thời gian tối ưu là 90 phút. Với
điều kiện này thì lượng lignin từ rơm rạ là lớn nhất.
- Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của lignin tách từ bột rơm
rạ cho thấy sự xuất hiện các peak đặc trưng của các nhóm chức
hyđroxyl – OH, nhóm ete C – O – C , vòng benzen.
- Lignin chiết tách từ bột rơm rạ có khả năng ức chế ăn mòn
kim loại tuy nhiên hiệu quả bảo vệ chưa được cao nhứ một số chất
ức chế ăn mòn từ các sản phẩm thiên nhiên khác. Với thời gian
ngâm thép là 40 phút trong dung dịch lignin 4 g/l thì hiệu quả ức
chế ăn mòn trong dung dịch NaCl 3.5% là 49.53%; trong dung dịch
HCl 0.5M là 76.61%.
- Lignin có khả năng tạo lớp màng trên bề mặt thép chứng tỏ lignin
có khả năng chống ăn mòn kim loại trong môi trường không khí.
Như vậy khả năng ức chế ăn mòn của chiết tách lignin từ bột
rơm rạ cho hiệu quả bảo vệ tương đối cao đặc biệt trong môi trường
axit. Qua đó càng nâng cao giá trị sử dụng của rơm rạ trong thực tiễn.
Kiến nghị:
Do thời gian và phạm vi đề tài nghiên cứu có hạn, thông qua
kết quả của đề tài, tôi mong muốn đề tài được phát triển rộng hơn về
một số vần đề như: