Phân tích, đánh giá khả năng ức 2chế ăn mòn thép ct3 trong môi trường axit của hỗn hợp br hoặc i với caffeine bằng các 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 MỊN 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 MỊN THÉP CT3 TRONG MÔI TRƯỜNG AXIT CỦA
HỖN HỢP Br- HOẶC I- VỚI CAFFEINE
BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
HIỆN ĐẠI

Chun 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 hồn thành được khố luận Tơi 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 tơi trong suốt q trình hồn
thành khóa luận này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong tổ bộ mơn hóa Phân
tích, các thầy giáo, cơ giáo hướng dẫn phịng thí nghiệm thuộc khoa Hóa học trường ĐH Khoa Học- Đại Học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tơi
trong q trình hồn 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 tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2018
Học viên

Bùi Đức Dân

iii

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 mơ 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 VÀ THẢO LUẬN ............................................................39
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

iv


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 mịn. ..........................................48
KẾT LUẬN ...............................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................52

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

HCL

Đèn catot rỗng

EDL

Đèn phóng khơng điện cực

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

SE

Điện tử thứ cấp

BSE

Điện tử tán xạ ngược

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Đường phân cực của hệ sắt bị ăn mịn trong mơi trường axit lỗng
khơng chứa oxi .................................................................................................. 8
Hình 1.2: Sơ đồ bảo vệ catot bằng dịng ngồi ................................................. 9
Hình 1.3. Sơ đồ bảo vệ ăn mịn 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 mơi 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 mơi 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 phịng. .............................................. 43
Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt một số mẫu thép ngâm 60 phút trong các dung
dịchăn mịn 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 khơng 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 khác nhau.................................................................................................... 49

viii


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

ix


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 khơng thể phủ nhận vai trị 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, mịn 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 ơ nhiễm mơi 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 cơng

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 tồn và thân thiện với mơi 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 MỊN THÉP CT3 TRONG MƠI 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 mịn thép CT3 trong các mơi 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 hố giữa kim loại với mơi trường bên ngồi[5].
1.1.2. Phân loại[6,18]
Có nhiều cách phân loại q trình ăn mịn: theo q trình ăn mịn, theo
mơi trường ăn mịn hoặc theo đặc tính phá huỷ.
Chủ yếu người ta phân loại theo q trình ăn mịn:
- Ăn mịn hố học: Là q trình phá huỷ kim loại do tác dụng hố học
của mơi trường với kim loại. Ăn mịn hố học xảy ra trong mơi trường khơng
dẫn điện như khơng khí khô và dung dịch dạng lỏng. Đặc điểm của ăn mịn
hố học là khơng phát sinh dịng điện, sản phẩm của q trình ăn mịn nằm
ngay trên bề mặt kim loại tiếp xúc với mơi trường.
- Ăn mịn điện hố: Là q trình ăn mịn do phản ứng điện hố xảy ra ở
hai vùng khác trên bề mặt kim loại. Ăn mịn điện hố xảy ra trong mơi trường
dẫn điện. Đặc điểm của ăn mịn điện hố gắn liền với sự phát sinh dịng điện.
Phân loại theo mơi trường ăn mịn gồm:
- Ăn mịn trong khơng khí.
- Ăn mịn trong đất.
- Ăn mịn 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 khơng khí ẩm, ở nhiệt độ thường (trên bề mặtMẫu Thép CT3 ngâm 1 giờ trong các dung dịch thử nghiệm
(HCl 1M không có và có các chất ức chế khác nhau) rồi rửa nhẹ bằng nước,
làm khô đem chụp ảnh với tốc độ phóng đại 500 lần thể hiện trên ảnh 3.4

(a) Nền HCl 1M

(b) Nền + Caffeine 5g/l + Br- 5g/l

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


Nhìn vào hình (3.4 a) ta cho ta thấy khi khơng có caffeine và bromua
trong mơi trường axit HCl 1M thì bề mặt mẫu thép CT3 bị ăn mịn mạnh các
trung tâm ăn mòn bị phá vỡ và nứt rộng, lớp sản phẩm ăn mòn dày, mẫu đã bị
ăn mòn nhiều. Khi kết hợp chất ức chế caffeine 5,0 g/l với bromua KBr 5,00
g/l (hình 3.4 b) thấy bề mặt mẫu thép CT3 mật độ và kích thước của các điểm
ăn mòn nhỏ và thưa hơn.
Kết quả nghiên cứu bằng phương pháp chụp ảnh bề mặt vi mô (SEM)
cho thấy khi kết hợp caffeine với bromua có khả năng ức chế ăn mịn thép
CT3 trong mơi trường axit.
3.2.3. Khả năng ức chế ăn mòn của Kali iođua và hỗn hợp cafeine- KI
Khác Br-, I- đã được biết đến là chất có khả năng ức chế ăn mịn khá
tốt. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ đánh giá sơ bộ khả năng ức chế của

KI ở 4 nồng độ : 0,5 g/l; 1,0 g/l; 2,5 g/l và 5,0 g/l và kết hợp bốn nồng độ này
với các dung dịch I- có nồng độ khác nhau từ 0,1 g/l đến 5,0 g/l. Kết quả thu
được trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Hiệu quả ức chế ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M
của dung dịch KI và của hỗn hợp cafeine - KI
Chất ức
chế
0,00
IC 0,10g/l
C 0,50g/l
C 1,00g/l
C 2,50g/l
C 5,00g/l

I- 0,5 g/l + C
CFe
H
(ppm) (%)
22,404 12,896 42,44
10,232 54,33
9,024
59,72
7,467
66,67
5,928
73,54
5,141
77,05

I- 1,0 g/l + C

CFe
H
(ppm) (%)
22,404 10,787 51,85
9,286
58,55
7,555
66,28
5,782
74,19
3,840
82,86
2,615
88,33

I- 2,5 g/l + C
CFe
H (%)
(ppm)
22,404 9,085
59,45
7,398
66,98
5,928
73,54
4,604
79,45
3,143
85,97
1,895

91,54

I- 5,0 g/l + C
CFe
H (%)
(ppm)
22,404 7,165
68,02
6,609
70,50
4,490
79,96
5,150
85,94
2,047
90,86
1,328
94,07

Từ bảng 3.4 ta thấy:
- Ở nồng độ I- 0,5 g/l, hiệu quả ức chế đã đạt khoảng 42%; khi nồng độ
I- tăng dần thì hiệu quả ức chế cũng tăng dần, ở nồng độ I- 5,0 g/l hiệu quả ức
chế khá cao, đạt khoảng 68%.

44


- Khi sử dụng kết hợp I- với caffeine, hiệu quả bảo vệ đều tăng lên so với
khi sử dụng độc lập I- hay caffeine. Nồng độ ion I- trong hỗn hợp tăng từ 0,50 g/l
đến 2,50 g/l thì hiệu quả bảo vệ của hỗn hợp cùng nồng độ caffeine cũng tăng

dần. Điều này chứng tỏ giữa I- và caffeine có sự cộng hưởng lẫn nhau và làm
khả năng ức chế ăn mòn của hỗn hợp đều tăng so với khi chỉ dùng caffeine hay Ilàm chất ức chế. Hỗn hợp có tác dụng bảo vệ tốt nhất được chọn là hỗn hợp I5,00 g/l + caffeine 5,00 g/l, hiệu quả đạt tới khoảng 94%.
Để đánh giá đặc điểm bề mặt thép trong q trình ăn mịn, chúng tơi
tiến hành tương tự như với dung dịch KBr, kết quả thể hiện trên hình 3.5

a) HCl 1M

b) HCl 1M + C 5,00 g/l (UC1)

c) UC1 + I- 1,00 g/l

d) UC1 + I- 2,50 g/l

e) UC1 + I- 5,00 g/l
Hình 3.5: Ảnh SEM bề mặt một số mẫu thép ngâm 60 phút trong các dung
dịch ăn mịn có hỗn hợp ức chế caffeine và I- ở 250C

45


Hình 3.5a cho thấy hình ảnh bề mặt của thép CT3 bị ăn mịn trong mơi
trường HCl 1N khi khơng có mặt chất ức chế. Trên bề mặt thép, mật độ các
điểm ăn mòn dày đặc, lớp sản phẩm ăn mịn sùi lên che phủ kín dày và xốp.
Hình 3.5b, bề mặt mẫu thép ngâm trong dung dịch HCl 1M có mặt
caffeine 5,00 g/l so với hình 3.5a thì số điểm ăn mịn, kích thước sản phẩm ăn
mịn đã giảm rõ rệt. Các hình 3.5c, 3.5d, 3.5e, là bề mặt thép trong dung dịch
HCl 1M khi có mặt của caffeine 5,00 g/l và I- 1,00 g/l (3.5c); I- 2,5 g/l (3.5d);
I- 5,0 g/l (3.5e) thì mật độ lỗ ăn mịn giảm và khơng bị ăn mịn sâu. Các mẫu
này theo phương pháp phân tích đều có hiệu suất bảo vệ đạt khoảng trên 80%.
Bề mặt có số điểm ăn mịn ít nhất và kích thước sản phẩm ăn mòn rất nhỏ là

khi sử dụng ức chế hỗn hợp I- 5,00 g/l + C 5,00 g/l. Kết quả này hoàn toàn
phù hợp với kết quả thu được từ phương pháp phân tích.
Và như vậy, hỗn hợp I- và caffeine có khả năng ức chế ăn mòn thép
CT3 trong dung dịch HCl 1M tốt hơn hỗn hợp Br- và caffeine, trong đó, nồng
độ I- và caffeine càng cao thì khả năng ức chế càng tốt. Ở nồng độ I- 5g/l và
caffeine 5,0g/l hiệu quả đạt được 94%.
3.3. THẢO LUẬN VÀ CƠ CHẾ ĂN MÒN ỨC CHẾ ĂN MÒN
3.3.1. Đánh giá khả năng hấp phụ của Br- và I- lên bề mặt thép
Theo kết quả nghiên cứu (3.2.) cho thấy: Khi nồng độ Br-, I- tăng thì
khả năng ức chế ăn mịn của các chất đối với thép CT3 trong dung dịch axit
HCl 1M đều tăng, nên rất có thể các chất này hoạt động theo cơ chế hấp phụ.
Để kiểm nghiệm dự đoán này, thiết lập mối quan hệ giữa hiệu suất ăn mòn
với nồng độ chất ức chế theo các thuyết hấp phụ.
Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:
𝐾𝐶

𝜃=

(3.1)

1+𝐾𝐶
𝐶

1

𝜃

𝐾

Hay dạng tuyến tính: = 𝑐 +

Trong đó:  là phần bề mặt bị che phủ
K: hằng số cân bằng hấp phụ
C: nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch

46

(3.2)


Nếu coi hiệu quả ức chế = 100% ứng với sự che phủ hồn tồn bề mặt
vật liệu thì  chính là hiệu quả ức chế ăn mịn chất ức chế đạt được. Từ bảng
3.2 và bảng 3.4, xây dựng đồ thị quan hệ giữa C/ và C, được kết quả trên
hình 3.6.
0.18
0.16
y = 0.0312x + 0.0111
R² = 0.9584

0.14

Br-

Tỷ lệ C/

0.12

I-

0.1

0.08
0.06
0.04

y = 0.0137x + 0.0058
R² = 0.9976

0.02
0
0

1

2

3

4

5

6

Nồng độ (g/l)

Hình 3.6. Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Langmuir của I- và Br- lên bề mặt
thép CT3 trong dung dịch HCl 1M
Hình 3.6 cho thấy: dạng tuyến tính của phương trình hấp phụ đẳng
nhiệt Langmuir có hệ số tương quan khá lớn: R2 = 0,9976 đối với I- và R2 =
0,9584 đối với Br-. Điều này cho thấy, kết quả thực nghiệm tuân thủ khá tốt

phương trình Langmuir, hay I- và Br- đều có khả năng hấp phụ lên bề mặt thép
CT3 trong dung dịch HCl 1M. Chính điều này làm giảm khả năng bị ăn mòn
của thép.
Tương tự, kiểm tra mức độ phù hợp giữa các kết quả thực nghiệm với thuyết
hấp phụ Langmuir của hỗn hợp chất ức chế. Kết quả thu được trên hình 3.7.

47


0.14
0.12

y = 0.0066x + 0.0504
R² = 0.8808

C5Br

0.1

y = 0.0076x + 0.0279
R² = 0.9415

I5C

C/

0.08
I2.5C

y = 0.009x + 0.0139

R² = 0.9962

0.06
0.04

y = 0.0101x + 0.0073
R² = 0.9996

0.02

y = 0.0122x + 0.0041
R² = 0.9999

I1C
I0.5C

0
0

2

4

6

8

10

12

Nồng độ (g/l)

Hình 3.7. Dạng tuyến tính thuyết hấp phụ Langmuir của hỗn hợp I- hoặc Brvới caffeine lên bề mặt thép CT3 trong dung dịch HCl 1M
Theo hình 3.7, từ các giá trị R2 cho thấy: các hỗn hợp I- với caffeine
nghiệm đúng phương trình Langmuir hơn là hỗn hợp Br- với caffeine, nồng
độ I- trong hỗn hợp càng nhỏ, sự phù hợp càng cao. Điều đó cho thấy, các hỗn
hợp I- hoặc Br- với caffeine gây ức chế ăn mòn cho thép CT3 trong dung dịch
HCl theo kiểu hấp phụ che phủ bề mặt. Tuy nhiên, khi nồng độ I- tăng, mức
độ phù hợp giảm, hiệu quả ức chế thì tăng đáng kể, nghĩa là hấp phụ khơng
phải cơ chế chính.
3.3.2. Nghiên cứu hoạt động điện hóa của hệ ăn mòn.
Để làm rõ cơ chế ức chế ăn mịn cho thép CT3 trong dung dịch HCl
1M, chúng tơi tiến hành thêm một số phép đo điện hóa với một số dung dịch
có hiệu quả ức chế ăn mịn cao và có nồng độ ức chế lớn, mức độ phù hợp với
giả thuyết hấp phụ không cao. Kết quả ở các hình 3.8 – 3.10.

48


C5
-2.5

140

Blank
C5Br0.1
C5Br0.5
C5Br1.0
C5Br2.5

C5Br5.0
C5

120

-4.5
-5.5
-6.5
-0.65

-0.45
U (V)

100

Zim (ohms)

lg I (mA/cm2)

C5Br0.
1
C5Br0.
5
C5Br1.
0
C5Br2.
5
C5Br5.
0

-3.5

80
60
40
20
0
0

100

200

300

400

500

Zre (ohms)

a
b
Hình 3.8: Đường cong phân cực (a) và giản đồ Nyquist (b) của thép CT3 trong
dung dịch HCl 1M khi khơng và có mặt hỗn hợp caffeine 5,0 g/l và Br- ở
nồng độ khác nhau
-1.5
KI 1
C 0.1
KI 1

C 1.0
KI 1
C 2.5
KI 1
C 5.0
KI
1.0
Blan
k

-3.5
-4.5
-5.5
-6.5
-0.6

-0.4
U(V)

Blank
KI 1
KI 1 C
KI 1 C
KI 1 C
KI 1 C

800

600

Zim (Ohms)

logi (A/cm2)

-2.5

0.1
1.0
2.5
5.0

400

200

0
0

500

1000

1500

2000

2500

Zre (Ohms)

a
b
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

logi (mA/cm2)

KI 5 C
0.1
KI 5 C
1.0
KI 5 C
2.5
KI 5 C
5.0
Blank

-3.5
-4.5
-5.5
-6.5
-7.5
-8.5
-0.6

-0.4
U (V)

-0.2

1800

Blank
KI 5
KI 5 C 0.1
KI 5 C 1.0
KI 5 C 2.5
KI 5 C 5.0

1600
1400
1200

Zim (Ohms)

-2.5

1000
800
600
400
200
0
0

1000

2000

3000

4000

Zre (Ohms)

a

b

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 khác nhau

49


Quan sát các đường cong phân cực dạng log ta thấy:
- Sự có mặt các hỗn hợp chất ức chế đều làm mật độ dòng anot và mật
độ dòng catot giảm nhưng thế ăn mịn thay đổi khơng đáng kể. Điều đó chứng
tỏ các hỗn hợp đều có vai trị là chất ức chế hỗn hợp.
- Không chỉ vậy, mật độ dòng giảm mạnh trong các hỗn hợp cafeine và
I- hơn là caffeine với Br-, tổng trở của hệ cũng tăng lên lớn hơn rất nhiều
trong các hệ có mặt I- và caffeine, điều đó cho thấy khả năng ức chế của hỗn
hợp I- và caffeine là rất mạnh, tính tốn theo phương pháp điện hóa cho thấy
hiệu quả cịn lớn hơn nhiều so với phương pháp phân tích (đạt tới 99%).
Phương pháp quan sát bề mặt vi mô cũng chứng minh cho kết quả này.
- Trên các hình 3.9a; 3.10a đều cho thấy: mật độ dòng catot của hệ ức
chế hỗn hợp giảm rõ rệt so với hệ ức chế chỉ I- trong khi mật độ dịng anot thì
khơng giảm nhiều. Chứng tỏ hỗn hợp với caffeine làm tăng khả năng ức chế

catot của I-. Trong khi đó, mật độ dòng anot của các hệ ức chế giảm mạnh so
với khi không sử dụng ức chế nhưng không làm giảm mật độ dòng anot so với
khi sử dụng I-. Đặc biệt trong hình 3.8a, nhánh anot gần như nằm ngang, điều
này cho thấy hỗn hợp có khả năng gây thụ động cho điện cực nghiên cứu rất
mạnh, ở tất cả các nồng độ cafeine khi kết hợp với I- 5,0 g/l. Điều này cũng
quan sát thấy trên đường cong phân cực của hệ khi ức chế ăn mòn chỉ là I- 5,0
g/l. Chứng tỏ, hiệu ứng ức chế ăn mòn anot của hỗn hợp chủ yếu do I- gây ra.
Như vậy, I- hoạt động mạnh gây ức chế ăn mòn theo cách gây thụ động
anot. Nồng độ càng lớn, vai trị thụ động hóa anot càng rõ rệt. Cịn Br- thì
khơng. Hỗn hợp I- và caffeine là một hỗn hợp có nhiều khả năng có thể ứng
dụng trong thực tế.

50


KẾT LUẬN
1. Mối quan hệ giữa nồng độ Fe trong dung dịch và độ hấp thụ của
dung dịch theo phương pháp AAS trong vùng nồng độ nhỏ đến 10 ppm là
tuyến tính. Phương trình hồi quy y = 0,0239x + 0,003 có R2 ~1; LOD =
0,2161; LOD = 0,6548.
2. Theo phương pháp phân tích: Các muối Br- và I- có khả năng làm
giảm tốc độ ăn mòn thép CT3 trong dung dịch HCl 1M, khả năng ức chế đều
tăng theo nồng độ. Tuy nhiên, hiệu quả ức chế của Br- độc lập thấp, ở nồng độ
5,0 g/l chỉ đạt xấp xỉ 32%; của I- thì cao hơn, ở nồng độ 5,0 g/l đạt hiệu quả
ức chế khoảng 68%, có thể sử dụng độc lập làm chất ức chế tuy hiệu quả chưa
thật tốt. Các chất này đều ức chế ăn mòn theo cơ chế hấp phụ.
3. Sự cộng hưởng khả năng ức chế ăn mòn của Br - với caffeine không
thực sự rõ nét, nhưng sự cộng hưởng tác dụng của I - và caffeine thì thể hiện
rõ, ở mọi nồng độ kết hợp, hiệu quả ức chế ăn mòn của hỗn hợp I- và caffeine
đều tăng so với khi sử dụng từng chất độc lập. Hiệu quả cao nhất là hỗn hợp I 5,0 g/l và caffeine 5,0 g/l, đạt khoảng 94%.

4. Theo phương pháp điện hóa: Cơ chế ức chế ăn mòn của các hỗn hợp
ức chế là cơ chế hỗn hợp. Trong đó, sự thêm caffeine làm tăng khả năng bảo
vệ catot của I-, còn khả năng bảo vệ anot của hỗn hợp chủ yếu do I- gây ra,
Nồng độ I- càng lớn, khả năng thụ động hóa phản ứng anot càng cao.

51


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1.

Nguyễn Tinh Dung (2006), Hóa học Phân tích - Phần III, Các
Phương pháp định lượng hóa học, NXB Giáo dục Hà Nội.

2.

Trần Hiệp Hải (2002), Phản ứng điện hóa và ứng dụng, Nxb Giáo
dục, Hà Nội.

3.

Trần Tứ Hiếu (2004), Hóa học phân tích, NXB Đại học quốc gia Hà
Nội.

4.

Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Xuân Trung, Nguyễn Văn Ri
(2003), Hóa học phân tích phần II - Các phương pháp phân tích cơng
cụ, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội.

5.

Trương Ngọc Liên (2004), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Nxb KH&KT,
Hà Nội.

6.

Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nxb Đại
học Quốc Gia Hà Nội.

7.

Phạm Luận (2005), Giáo trình Phân tích mơi trường, Đại học Quốc
Gia Hà Nội.

8.

Hồng Nhâm (2003), Hóa học vơ cơ – Tập 3, Nxb Giáo dục.

9.

Hồng Nhâm (2001), Hóa vô cơ - Tập 2, Nxb Giáo dục.

10.

Dương Qung Phùng (2009), Một số phương pháp phân tích Điện hóa,
Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội.

11.

Hồ Viết Quý (1999), Các phương pháp phân tích quang học trong
hóa học, Nxb Đại Học Quốc Gia Hà Nội.

12.

Hồ Viết Quý (2009), Các phương pháp phân tích cơng cụ trong hóa
học hiện đại, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội.

13.

Trương Thị Thảo (2012), Nghiên cứu tính chất điện hóa và khả năng
ức chế ăn mịn thép cacbon thấp trong môi trường axit của một số hợp
chất có nguồn gốc tự nhiên, Luận án tiến sĩ Hóa Học, Viện Hóa Học.

14.

Tạ Thị Thảo (2013), Giáo trình thống kê trong hóa học phân tích, Hà
Nội.

52


15.

Lê Ngọc Trung (2005), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Nxb ĐH Đà
Nẵng, Đà Nẵng.

16.

Nguyễn Văn Tuế (2002), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Nxb Giáo dục,
Hà Nội.

17.

Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng trong
hóa học, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

18.

Lê Văn Vũ( 2004), Giáo trình cấu trúc và phân tích cấu trúc vật liệu,
Trường ĐH KHTN, ĐHQG Hà Nội.

19.

Trịnh Xuân Sén (2006), Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Nxb Đại học
Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội.

Tiếng anh
20.

Arzamaxov B.N (2004), Vật liệu học, Nxb Giáo dục, Hà Nội.

21.

A. Ali Ensafi, T. Khayamian, A. Benvidi and E. Miromtaz (2006),
Silmultanous Determination of Copper, Lead and Cadmium by
Cathodic Adsorptive Stripping.

22.

D.A. Jones, Principles and prevention of corrosion (1992), Macmilan
Publishing Company, United States of America.

23.

Georgiana Bolat, Adrian Cailean, Daniel Sutiman and Daniel Mareci
(2014), “Electrochemical behaviour of austenitic stainless steel in 3.5
wt% NaCl solution in the presence of caffeine environmental friendly
corrosion inhibitor”, Rev. Roum. Chim., Vol 59(1), pp 53-59.

24.

Ivan P. Pozdnyakov, Victor F. Plyusnin, Vjacheslav P. Grivin, Dmitry
Yu. Vorobyev, Nikolai M. Bazhin, Stéphane Pagés, Eric Vauthey
(2006), “Photochemistry of Fe(III) and sulfosalicylic acid aqueous
solutions”,

25.

J. Yamuna, Noreen Antony (2015), “A green chemical for the
microbial action and inhibition of corrosion of carbon steel in
chloride ion environment”, International Journal of Research and
Development in Pharmacy and Life Sciences, Vol. 4, No.1, pp 13341340.

53


26.

M. Ebadi,W. J. Basirun, S. Y. Leng and M. R. Mahmoudian(2012), “
Investigation of Corrosion Inhibition Properties of Caffeine on Nickel
by Electrochemical Techniques”, Int. J. Electrochem. Sci., Vol 7, pp
8052 – 8063

27.

Nofrizal (2012), “Corrosion inhibition of mild steel in 1M HCl by
catechin monomers from commercial green tea extracts”, Scientific
contributions oil & gas, vol.35, no.1, pp 11 –24.

28.

Noreen Anthony, E Malarvizhi, P Maheshwari, Susai Rajendran , N
Palaniswamy (2004), “Corrosion inhibition bz caffeine – Mn2+
system”, Indian Journal of Chemical Technology, Vol. 11, pp 346350.

29.

Truong Thi Thao, Hoang Thi Phương Lan, Ngo Thi Duong Thuy
(2016), “A study on the corrosive inhibition ability of CT3 steel in 1 M
HCl solution by caffeine and some characteristics of the inhibition
process”, Vietnam J. Chemistry, 54(6), pp 742-746.

30.

V.S. Sastri, Green corrosion inhibitors: theory and practice, Jonh
Willey and Son, 2011, USA.

31.

Senka Gudić, Emeka E. Oguzie, Ani Radonić, Ladislav Vrsalović,
Ivana Smoljko1, Maja Kliškić (2014), “Inhibition of copper corrosion
in chloride solution by caffeine isolated from black tea”, Macedonian
Journal of Chemistry and Chemical Engineering, Vol. 33, No. 1, pp.
13– 17.

32.

Voltametry Using Artificial Neutral Network”. Analytica Chimica
Acta, V.561, pp.225-231. Ivan P. Pozdyakov, Victor F. Plyusin,
Vjacheslav P. Grivin, Dmitry Yu. Vorobyev, Nikolai M. Bazhin,
Stephane Pagas, Eric Vauthey (2006), “Photochemistry of Fe (III) and
sulfosalicylic acid aqueous solutions”, Journal of Photochemistry and
Photobiology A, Chemmistry 182, pp. 75 - 81.

54